IT9068078A1

IT9068078A1 - Stadio amplificatore del tipo a doppio ponte per due segnali di ingresso, in particolare per applicazioni stereo

Info

Publication number: IT9068078A1
Application number: IT068078A
Authority: IT
Inventors: Eugenio Cavallari; Bruno Murari; Fabrizio Stefani
Original assignee: Sgs Thomson Microelectronics
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1992-06-29
Also published as: KR920013888A; IT9068078A0; EP0492291A1; JPH04294620A; IT1241387B

Description

D E SC R IZ ION E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione riguarda uno stadio amplificatore del tipo a doppio ponte (cosiddetto a doppio "bridge") per due segnali di ingresso, in particolare per applicazioni stereo.

Come è noto, negli amplificatori audio realizzati in forma integrata per applicazioni di tipo "stereo” nei quali viene eseguita l'amplificazione di due distinti segnali di ingresso, denominati "canale destro" [R] e "canale sinistro" [L], ed è previsto il pilotaggio indipendente di due altoparlanti, è comune la struttura detta a doppio ponte (o "doppio bridge").

Tale struttura, il cui schema elettrico di principio è mostrato in figura 3 ed è indicata nel suo complesso dal numero 1, provvede ad amplificare indipendentemente i due segnali di ingresso VIN1 e VIN2 mediante due coppie di amplificatori di potenza 2, 3 e 4, 5. In dettaglio, gli amplificatori 2-5 amplificano il rispettivo segnale di ingresso della stessa quantità (A), ma un amplificatore 3, 5 di ogni coppia esegue una inversione di fase rispetto all'altro amplificatore 2, 4 della stessa coppia; di conseguenza la tensione Vo1 Vor ai capi del rispettivo carico (altoparlante 6 o 7) è data da:

Come si è detto, la struttura nota richiede quattro amplificatori per il trattamento dei segnali di ingresso. Tuttavia, in considerazione delle attuali tendenze alla miniaturizzazione e ai costi correlati alla realizzazione di strutture aventi grande area, sarebbe auspicabile una soluzione che consenta una riduzione del numero di componenti dello stadio.

Scopo dell'invenzione è quindi mettere a disposizione uno stadio amplificatore del tipo a "doppio bridge" che consenta di realizzare la stessa funzione dì amplificazione dei due segnali di ingresso con un minore numero di componenti, ed in particolare con minore ingombro .

Secondo la presente Invenzione viene realizzato uno stadio amplificatore del tipo a doppio ponte per due segnali di ingresso, in particolare per applicazioni stereo, come definito nella rivendicazione 1.

Per la comprensione della presente invenzione ne viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra uno schema a blocchi di principio dello stadio secondo l'invenzione;

- la figura 2 mostra uno schema elettrico semplificato di una forma di realizzazione dello stadio di figura 1; e

- la figura 3 mostra uno schema a blocchi di principio di uno stadio noto.

In figura 1, lo stadio amplificatore è stato indicato nel suo complesso con il numero 10. Come si nota, lo stadio 10 presenta una coppia di morsetti di ingresso 11, 12 destinati ad essere collegati ad una coppia di generatori 13, 14 di segnali di ingresso IIN1 e IINr . Lo stadio 10 comprende tre elementi seminatori 18, 19 e 20 e tre amplificatori 15, 16, 17, questi ultimi essendo fra loro uguali in modo da garantire un'uguale amplificazione (A). In dettaglio, gli elementi sommatori 18, 19, 20 presentano ciascuno due ingressi, uno dei quali è collegato al morsetto 11 e l'altro al morsetto 12 in modo che tutti e tre gli elementi sommatori ricevono entrambi i segnali di ingresso VIN1, VINr. Gli elementi sommatori 18, 19, 20 hanno la funzione di eseguire ciascuno un'opportuna combinazione lineare dei segnali di ingresso combinazione che viene fornita quindi in ingresso, rispettivamente, agli amplificatori 15-17. L’uscita di questi ultimi definisce tre morsetti di uscita 21, 22, 23 dello stadio, fra i quali sono collegati due altoparlanti 6 e 7, e precisamente l'altoparlante 6 è collegato fra i morsetti 21 e 22, mentre l'altoparlante 7 è collegato fra i morsetti 22 e 23.

Di conseguenza, chiamando rispettivamente i segnali di uscita in tensione degli amplificatori 15-17, presenti sui morsetti 21, 22, 23, e a,b; c,d; e,f i coefficienti delle combinazioni lineari dei segnali di ingresso eseguite rispettivamente dagli elementi sommatori 18, 19, 20, le tensioni di uscita ai capi degli altoparlanti 6 e 7 sono date da:

E' evidente che, scegliendo i coefficienti di combinazione lineare in modo che:

si ottiene:

cioè si ottiene la medesima funzione della configurazione a "doppio bridge" secondo la soluzione nota mostrata in figura 3.

Dato che le relazioni (1) costituiscono una serie di quattro equazioni in sei incognite, nella scelta dei coefficienti vi sono due gradì di libertà, che danno luogo ad una doppia infinità di combinazioni possibili.

In pratica, lo stadio 10 esegue una prima combinazione lineare dei segnali di ingresso, che vengono quindi amplificati utilizzando solo tre amplificatori di potenza, mentre una seconda combinazione lineare viene eseguita a livello dei carichi (altoparlanti) per sottrarre rispettivamente la componente del segnale di destra (per l'altoparlante 6) e la componente del segnale di sinistra (per l'altoparlante 7) per cui gli altoparlanti ricevono solamente e rispettivamente il segnale di sinistra e il segnale di destra, con l'amplificazione desiderata.

Un esempio di una possibile realizzazione pratica dello schema di figura 1 è mostrato a titolo esemplificativo in figura 2, nella quale i resistor! presentano valore fra loro uguale, così come i resistor! · Come si nota, gli amplificatori 15-17 e gli elementi sommatori 18-20 sono realizzati mediante tre amplificatori operazionali 25, 26, 27 collegati rispettivamente in configurazione di amplificatore differenziale, di amplificatore sommatore invertente e nuovamente di amplificatore differenziale. In dettaglio, l'amplificatore operazionale 25 presenta il suo ingresso non invertente collegato, tramite un primo resistore R1 al morsetto 11 e, tramite un primo resistore R2 alla massa (linea a potenziale di riferimento) e il suo ingresso invertente collegato, tramite un secondo resistore R1, al morsetto 12 e, tramite un secondo resistore R2, alla propria uscita; l'amplificatore operazionale 26 presenta il suo ingresso invertente collegato, tramite un terzo resistore R1, al morsetto 11, tramite un quarto resistore R1 al morsetto 12 e tramite un terzo resistore R2 alla propria uscita, e il suo ingresso non invertente collegato alla massa; l'amplificatore operazionale 27 presenta il suo ingresso non invertente collegato, tramite un quinto resistore R1, al morsetto 12 e, tramite un quarto resistore R2, alla massa e il suo ingresso invertente collegato, tramite un sesto resistore RI, al morsetto 11 e, tramite un quinto resistore R2, alla propria uscita.

Le uscite degli amplificatori operazionali 25-27 definiscono infine i morsetti di uscita 21-23 dello stadio .

Le tensioni di uscita degli operazionali 25-27 sono quindi :

per cui le tensioni ai capi degli altoparlanti 6, 7 sono:

e quindi risultano dall'amplificazione rispettivamente del segnale sinistro e destro, tra loro separati.

I vantaggi ottenibili con lo stadio amplificatore mostrato nelle figure 1 e 2 sono essenzialmente legati alla riduzione del numero di amplificatori di potenza. Infatti, come dimostrato sopra, grazie alla combinazione lineare dei segnali di ingressi, è possibile realizzare amplificatori audio per applicazioni stereo integrabili monoliticamente e aventi le stesse prestazioni della configurazione nota a "doppio bridge" mostrata in figura 3, utilizzando tre amplificatori di potenza invece di quattro. Questo comporta un notevole vantaggio in termini di area della piastrina di silicio in cui viene integrato lo stadio stesso. Inoltre, tale riduzione avviene senza richiedere elevata complessità circuitale o realizzativa, in quanto, come mostrato nell'esempio di realizzazione di figura 2, la combinazione può essere semplicemente ottenuta scegliendo opportunamente la configurazione degli operazionali e dimensionando opportunamente i componenti la cui integrazione non comporta particolari difficoltà e implica processi ben controllabili, garantendo quindi una buona affidabilità dello stadio stesso.

Risulta infine chiaro che allo stadio qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione. In particolare, si sottolinea che la forma di realizzazione mostrata in figura 2 è solo esemplificativa, ed esistono infinite altre possibilità, come si evidenzia anche dalle relazioni (1).

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Stadio amplificatore del tipo a doppio ponte per due segnali di ingresso, in particolare per applicazioni stereo, comprendente una pluralità di elementi amplificatori (15-17) collegati ad una coppia di morsetti di ingresso (11,12) ciascuno ricevente un rispettivo segnale di ingresso (VIN1,VINr), detti elementi amplificatori essendo collegati a morsetti di uscita (21-23) per il collegamento ad una coppia di carichi (6,7) da alimentare ciascuno con un rispettivo segnale di uscita separato (Vo1 Vor), caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi gommatori (18-20) interposti fra detti morsetti di ingresso (11,12) e detti elementi amplificatori (15-17) ed atti a fornire a ciascuno di detti elementi amplificatori una combinazione lineare di entrambi i segnali di ingresso tale Per cui tra coppie (21,22; 22,23) di detti morsetti di uscita (21-23) sono presenti detti segnali di uscita separati ciascuno correlato ad un solo rispettivo segnale di ingresso.
2. Stadio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere tre elementi gommatori (18-20), tre elementi amplificatori (15-17) e tre morsetti di uscita (21-23), detti elementi sommatori presentando ciascuno un primo ed un secondo ingresso ed un'uscita, detti primi ingressi di detti elementi sommatori essendo collegati ad un primo (11) di detti morsetti di ingresso (11,12), detti secondi ingressi di detti elementi sommatori essendo collegati ad un secondo (12) di detti morsetti di ingresso e detta uscita di detti elementi sommatori essendo collegata all'ingresso di un rispettivo elemento amplificatore, detti elementi amplificatori (15-17) presentando ciascuno un'uscita definente uno di detti morsetti di uscita (21-23), ì carichi (6,7) essendo collegabili rispettivamente fra detti primo (21) e secondo (22) morsetto di uscita e fra detti secondo (22) e terzo (23) morsetto di uscita.
3. Stadio secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti elementi sommatori (18-20) comprendono mezzi atti ad eseguire una combinazione lineare di detti segnali di ingresso ciascuno secondo una rispettiva coppia di coefficienti a,b; c,d; e,f tali per cui:
4. Stadio secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi amplificatori (15-17) comprendono ciascuno un amplificatore operazionale (25-27) avente un ingresso invertente ed un ingresso non invertente collegati a detti morsetti di ingresso (11,12) ed un'uscita definente uno di detti morsetti di uscita (21-23).
5. Stadio secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti mezzi amplificatori (15-17) comprendono un primo (25) ed un secondo (27) amplificatore operazionale collegato in configurazione differenziale ed un terzo amplificatore operazionale (26) collegato in configurazione a sommatore invertente.
6. Stadio secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto primo amplificatore operazionale (25) presenta il suo ingresso non invertente collegato, tramite un primo resistore (R1), a detto primo morsetto di ingresso (11) e, tramite un secondo resistore (R2), ad una linea a potenziale di riferimento e il suo ingresso invertente collegato, tramite un terzo resistere (R1), a detto secondo morsetto di ingresso (12) e, tramite un quarto resistore (R2), alla propria uscita; detto secondo amplificatore operazionale (27) presenta il suo ingresso non invertente collegato, tramite un quinto resistore (R1), a detto secondo morsetto di ingresso e, tramite un sesto resistore (R 2), a detta linea a potenziale di riferimento e il suo ingresso invertente collegato, tramite un settimo resistore (R1), a detto primo morsetto di ingresso e, tramite un ottavo resistore (R2 ), alla propria uscita, detto terzo amplificatore operazionale (26) presenta il suo ingresso invertente collegato, tramite un nono resistore (R1), a detto primo morsetto di ingresso, tramite un decimo resistore (R1) a detto secondo morsetto di ingresso e tramite un undicesimo resistore (R2) alla propria uscita, e il suo ingresso non invertente collegato a detta linea a potenziale di riferimento; e dal fatto che le uscite di detti primo, terzo e secondo amplificatore operazionale (25-27) definiscono rispettivamente detti primo, secondo e terzo morsetto di uscita (21-23).
7. Stadio secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti primo, terzo, quinto, settimo, nono e decimo resistore presentano uguale resistenza (R1) e detti secondo, quarto, sesto, ottavo e undicesimo resistore presentano uguale resistenza (R2).
8. Stadio amplificatore del tipo a doppio ponte per due segnali di ingresso, in particolare per applicazioni stereo, come descritto con riferimento ai disegni allegati .