KR101438464B1 - 초고충실도 오디오 증폭기 - Google Patents
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Abstract
매우 낮은 왜곡과 높은 효율을 가지는 본 발명의 고충실도 오디오 증폭기(10)는,
- 증폭될 오디오 신호를 위한 입력(12) 및 부하(16)에 증폭된 오디오 신호를 공급하기 위한 출력(14);
- 상기 증폭될 음악 신호를 입력으로서 수신할 수 있는, 매우 높은 선형성과 낮은 출력 임피던스를 가지는 기준 전압 발생기(18);
- 출력이 결합 임피던스(22)를 통해 상기 기준 전압 발생기(18)의 출력에 연결되고, 모듈러스가 오디오 증폭기의 상기 출력(14)에 의해 공급될 수 있는 상기 부하(16)의 임피던스의 모듈러스보다 적어도 10배 낮은, 전원 전압 발생기(20); 및
- 상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 상기 전원 전압 발생기(20)의 입력에 입력하기 위한 수단(28A, 28B, 30, 32)을 포함한다.
상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 상기 전원 전압 발생기(20)의 입력에 입력하기 위한 상기 수단(28A, 28B, 30, 32)은, 상기 전원 전압 발생기(20)의 선형 제어를 보장할 수 있다.
- 증폭될 오디오 신호를 위한 입력(12) 및 부하(16)에 증폭된 오디오 신호를 공급하기 위한 출력(14);
- 상기 증폭될 음악 신호를 입력으로서 수신할 수 있는, 매우 높은 선형성과 낮은 출력 임피던스를 가지는 기준 전압 발생기(18);
- 출력이 결합 임피던스(22)를 통해 상기 기준 전압 발생기(18)의 출력에 연결되고, 모듈러스가 오디오 증폭기의 상기 출력(14)에 의해 공급될 수 있는 상기 부하(16)의 임피던스의 모듈러스보다 적어도 10배 낮은, 전원 전압 발생기(20); 및
- 상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 상기 전원 전압 발생기(20)의 입력에 입력하기 위한 수단(28A, 28B, 30, 32)을 포함한다.
상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 상기 전원 전압 발생기(20)의 입력에 입력하기 위한 상기 수단(28A, 28B, 30, 32)은, 상기 전원 전압 발생기(20)의 선형 제어를 보장할 수 있다.
Description
본 발명은 매우 낮은 왜곡과 높은 효율을 가지는 초고충실도 오디오 증폭기에 관한 것으로,
- 증폭될 오디오 신호를 위한 입력 및 부하에 증폭된 오디오 신호를 공급하기 위한 출력;
- 증폭될 음악 신호를 입력으로서 수신하기에 적합한, 매우 높은 선형성과 낮은 출력 임피던스를 가지는 기준 전압 발생기;
- 출력이 결합 임피던스를 통해 상기 기준 전압 발생기의 출력에 연결되고, 모듈러스(modulus)가, 오디오 증폭기의 출력에 의해 공급되기에 적합한 부하의 임피던스의 모듈러스보다 적어도 10배 낮은, 전원 전압 발생기; 및
- 기준 전압 발생기에 의해 출력에 공급된 전류를 나타내는 신호를 전원 전압 발생기의 입력에 입력하기 위한 수단을 포함하는 유형이다.
특허문헌 US 6,037,095는 출력에 결합된 두 개의 전압 발생기를 포함하는 증폭기를 기재하고 있다. 이들 전압 발생기는 둘 다 매우 낮은 출력 임피던스를 가진다는 점에서 전압 발생기이다.
종래기술의 이 증폭기에서, 기준 전압 발생기는 폴로어(follower)로서 거동하는 한편, 전원 전압 발생기는 임피던스를 통해 부하를 공급하기 위해 필요한 출력 전류를 제공한다. 기준 전압 발생기는 증폭기의 출력에서 낮은 왜곡을 얻기 위해 매우 높은 선형성과 낮은 출력 임피던스를 갖도록 구성된다.
기준 전압 발생기에 의해 소비된 전류는 측정되고, 그 값은 전원 전압 발생기의 증폭 유닛의 제어를 보장하기 위해 사용된다. 따라서, 전력의 필수적인 부분은 전원 전압 발생기에 의해 제공된다.
그러나, 많이 사용되지 않는 경우에도, 매우 높은 선형성을 가지는 기준 전압 발생기는 증폭된 출력 신호의 정확도에 유해한 출력 신호를 제공하기 위해 배치된다.
본 발명의 목적은, 특히 왜곡 레벨과 관련하여, 더욱 향상된 출력 성능을 가지는 증폭기를 제안하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 목적은 전술한 유형의 증폭기로서, 기준 전압 발생기에 의해 출력에 공급된 전류를 나타내는 신호를 전원 전압 발생기의 입력에 입력하기 위한 수단이 전원 전압 발생기의 선형 제어를 보장할 수 있는 것에 특징이 있다.
특정 실시예에 따르면, 상기 증폭기는 아래의 특징 중 하나 이상을 포함한다:
- 비례 적분 미분(proportional integral derivative, PID) 제어기를 포함하는 기준 전압 발생기에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를, 전원 전압 발생기의 입력에 입력하기 위한 수단;
- 기준 전압 발생기에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호에 더해, 증폭될 음악 신호를 나타내는 신호를, 전원 전압 발생기의 입력에 입력하기 위한 수단을 포함하는 증폭기;
- 기준 전압 발생기의 출력은 임피던스의 개재 없이 부하를 공급하는 출력에 직접 연결된다'
- 전원 전압 발생기는 D급의 증폭단이다;
- 전원 전압 발생기는 펄스폭 또는 시그마/델타 변조로 구동되고, 결합 임피던스는 인덕턴스, 저항 또는 이 둘의 조합이다;
- 전원 전압 발생기는 A급 또는 AB급의 아날로그 증폭단이며, 결합 임피던스는 저항, 인덕턴스 또는 이 둘의 조합이다;
- 기준 전압 발생기에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 전원 전압 발생기의 입력에 입력하기 위한 상기 수단은, 기준 전압 발생기에 의해 소비된 순간 강도(instantaneous intensity)를 측정하기 위한 수단을 포함한다;
- 기준 전압 발생기에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 전원 전압 발생기의 입력에 입력하기 위한 상기 수단은, 부하를 공급하기 위한 출력으로부터 오직 상류에 위치하는 기준 전압 발생기에 의해 제공된 전류를 측정하기 위한 수단을 포함하고, 기준 전압 발생기의 출력은 어떠한 저항 요소의 개재 없이 결합 지점에 직접 연결된다; 그리고
- 기준 전압 발생기의 출력 임피던스는 0.2 Ω 미만이다.
본 발명에 따른 낮은 왜곡과 매우 높은 효율을 가지는 고충실도 오디오 증폭기의 전기 회로도가 도시되어 있는 하나의 도면을 참조하여 이루어지는, 단지 일례로서 주어진 이하의 설명을 읽으면 본 발명을 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고충실도 오디오 증폭기의 전기 회로도이다.
도 1에 도시된 오디오 증폭기(10)는 증폭될 아날로그 오디오 신호를 수신할 수 있는 입력(12)과 증폭된 신호를 제공하는 출력(14)을 포함하고, 출력(14)에는 스피커(loudspeaker)(16)로 구성된 부하가 연결되어 있다. 스피커(16)는 증폭기의 출력(14)과 접지 사이에 어떤 다른 저항성 요소 없이 직접 연결되어 있다.
오디오 증폭기(10)의 입력(12)은 제어 전압을 수신할 수 있으며, 그 기준은 접지이다.
오디오 증폭기(10)는 매우 높은 선형성과 낮은 출력 임피던스를 가지는 기준 전압 발생기(18)와 전원 전압 발생기(20)를 포함한다. 이 두 발생기의 출력은 결합 임피던스(22)를 통해 출력(14)에서 서로 결합된다.
기준 전압 발생기(18)의 입력은 어떠한 임피던스의 개재 없이 오디오 증폭기(10)의 입력(12)에 직접 연결되어 있는 한편, 기준 전압 발생기(18)의 출력은 어떠한 저항성, 용량성 또는 유도성 요소의 개재 없이 출력(14)에 직접 연결되어 있다.
기준 전압 발생기(18)와 전원 전압 발생기(20)의 출력은 결합 지점(24)에 연결되어 있고, 결합 임피던스(22)가 전원 전압 발생기(20)의 출력과 결합 지점(24) 사이에 위치하고 있다.
기준 전압 발생기(18)는 차동 증폭기로 도식화된 전압 증폭단(voltage amplification stage)(26)을 포함하며, 차동 증폭기의 비반전 입력은 입력(12)에 직접 연결되고 그 반전 입력은 차동 증폭기(26)의 출력에 직접 연결된 피드백 루프(27)에 연결되어 있다. 바람직하게는, 전압 증폭단은 예를 들면 전압 폴로어로서 장착된 연산 증폭기로 구성된다.
기준 전압 발생기(18)는 매우 높은 선형성과 낮은 출력 임피던스를 가지는 A급의 증폭기이다. 바람직하게는, 기준 전압 발생기(18)의 출력 임피던스는 0.2 Ω 미만이다.
차동 증폭기(26)는 두 개의 DC 전압 V+와 V-에 의해 전원을 공급받고, 각각의 전원 입력에서 각각 I1과 I2로 표기된 전류를 소비한다.
소비된 전류를 측정하는 수단(28A, 28B)이 차동 증폭기(26)의 각각의 전원 입력에 제공되어 있다.
이 수단(28A, 28B)들은 예를 들면 특허문헌 US 6,937,095에 기재된 바와 같은 전류 검출기로 구성된다. 이 수단(28A, 28B)들은 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 정보를 제공할 수 있으며, 기준 전압 발생기(18)에 의해 제공된 전류는 그것이 소비하는 전류와 직접 관련된다.
전류를 측정하는 수단(28A, 28B)의 출력은, 각각 병렬로 장착되고 기준 전압 발생기(18)에 의해 소비된 전류의 합을 나타내는 값을 입력으로서 수신하는, 선형 증폭단(34), 미분단(differentiation stage)(36) 및 적분단(integration stage)(38)을 포함하는 PID 유형의 선형 제어기(32)(이하, PID 제어기(32)라고도 함) 의 입력을 구성하는 가산 회로(30)에 연결되어 있다. 선형 증폭단(34), 미분단(36) 및 적분단(38)의 출력은 가산기(40)에 연결되어 있다. 따라서 PID 제어기(32)는 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 출력에 제공할 수 있다.
또, 가산 회로(40)는 다른 입력을 통해, 즉 증폭될 음악 신호를 수신하는 선형 증폭단(42)을 통해, 입력(12)에 연결되어 있다.
전원 전압 발생기(20)는 관련 예에서 폴로어로 장착된 차동 증폭기(50)로 구성되고, 차동 증폭기(50)의 반전 입력은 피드백 루프(51)를 통해 그 출력에 직접 연결되어 있는 한편, 그 비반전 입력은 가산 회로(40)의 출력에 연결되어 있다.
따라서, 전원 전압 발생기(20)는 입력(12)으로부터의 증폭될 오디오 신호와 기준 전압 발생기에 의해 소비된 전류를 나타내는 값의 조합을 입력으로서 수신할 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 차동 증폭기(50)는 D급의 증폭기, 즉 그 증폭기 브랜치(amplifier branch)를 따라 반대쪽으로 직렬로 장착된 두 개의 "MOSFET" 트랜지스터를 포함하는 "푸시/풀(push/pull)" 타입의 증폭기로 구성되며, 이들 트랜지스터는 모두 펄스폭 변조 방식에 따라 구동된다. 이 경우에, 임피던스(22)는 인덕턴스, 저항 또는 이 둘의 조합으로 구성된다. 다르게는, 두 트랜지스터 모두가 시그마/델타 방식에 따라 구동된다.
다른 실시예에 따르면, 전원 전압 발생기(20)는 A급 또는 AB급의 증폭기로 구성된다. 이 경우에, 결합 임피던스(22)는 인덕턴스, 저항 또는 이 둘의 조합으로 구성된다.
유리하게는, 결합 임피던스(22)는, 이것이 코일이든 저항기이든, 유용한 주파수 범위 내에서 부하, 즉 스피커(16)의 모듈러스보다 10배 낮은 모듈러스를 가진다.
따라서, 예를 들면 스피커의 경우, 그 저항은 4 Ω이고, 전원 전압 발생기(20)를 구성하기 위해 AB급의 증폭기를 사용한 경우에 저항기(22)는 0.4 Ω 미만이다.
또한, 스피커에 공급하기 위한 전원 전압 발생기(20)를 구성하는 D급 증폭기의 경우에, 그 인덕턴스는 1 mH이고 저항은 4 Ω이며, 결합 임피던스를 구성하는 코일의 인덕턴스는 100 μH 미만이다.
다른 실시예에 따르면, PID 제어기(32) 내로 도입된, 기준 전압 발생기에 의해 제공된 전류를 나타내는 값은, 특허문헌 FR 2 873 872에 기재된 회로에 따라 결합 지점(24)과 출력(14) 사이에 위치한 추가적인 저항기의 단자와 임피던스(22)의 단자에서 측정된 전위차에 의해 주어진다.
이러한 구성에 의해, 기준 전압 발생기에 의해 제공된 전류를 나타내는 신호 에 더해, 증폭기의 입력 신호를 전원 전압 발생기의 입력에 직접 고려함으로써, 기준 전압 발생기의 활성화를 더욱 완화할 수 있으므로, 기준 전압 발생기 역할을 하는 A급 증폭기의 선형성을 향상시킬 수 있고 그만큼 왜곡을 감소시킬 수 있다.
선형 제어에 의존함으로써, 전류를 측정하는 수단(28A, 28B)의 포화 상태 및 전원 전압 증폭기(20)의 포화 상태를 이들 구성요소의 선형성 범위의 한계로 회피할 수 있다.
Claims (9)
- - 증폭될 오디오 신호를 위한 입력(12) 및 부하(16)에 증폭된 오디오 신호를 공급하기 위한 출력(14);
- 상기 증폭될 음악 신호를 입력으로서 수신할 수 있는 기준 전압 발생기(18);
- 출력이 결합 임피던스(22)를 통해 상기 기준 전압 발생기(18)의 출력에 연결되고, 모듈러스가 오디오 증폭기의 상기 출력(14)에 의해 공급될 수 있는 상기 부하(16)의 임피던스의 모듈러스보다 적어도 10배 낮은, 전원 전압 발생기(20); 및
- 상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 상기 전원 전압 발생기(20)의 입력에 입력하기 위한 수단(28A, 28B, 30, 32)
을 포함하고,
상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 상기 전원 전압 발생기(20)의 입력에 입력하기 위한 상기 수단(28A, 28B, 30, 32)은, 상기 전원 전압 발생기(20)의 선형 제어를 보장할 수 있고,
상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 상기 전원 전압 발생기(20)의 입력에 입력하기 위한 상기 수단(28A, 28B, 30, 32)은, 비례 적분 미분(PID) 제어기(32)를 포함하는, 오디오 증폭기. - 제1항에 있어서,
상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 상기 신호에 더해, 증폭될 음악 신호를 나타내는 신호를 상기 전원 전압 발생기(20)의 입력에 입력하기 위한 수단(42)을 포함하는 오디오 증폭기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기준 전압 발생기(18)의 출력은, 어떠한 임피던스도 개재하지 않고 상기 부하(16)를 공급하는 상기 출력(14)에 직접 연결되어 있는, 오디오 증폭기. - 제3항에 있어서,
상기 전원 전압 발생기(20)는 D급의 증폭단인, 오디오 증폭기. - 제4항에 있어서,
상기 전원 전압 발생기(20)는 펄스폭 또는 시그마/델타 변조로 구동되고, 상기 결합 임피던스(22)는 인덕턴스, 저항 또는 이 둘의 조합인, 오디오 증폭기. - 제1항에 있어서,
상기 전원 전압 발생기(20)는 A급 또는 AB급의 아날로그 증폭단이며, 상기 결합 임피던스는 저항, 인덕턴스 또는 이 둘의 조합인, 오디오 증폭기. - 제6항에 있어서,
상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 상기 전원 전압 발생기(20)의 입력에 입력하기 위한 상기 수단은, 상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 소비된 순간 강도를 측정하기 위한 수단(28A, 28B)을 포함하는, 오디오 증폭기. - 제6항에 있어서,
상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 출력에 제공된 전류를 나타내는 신호를 상기 전원 전압 발생기(20)의 입력에 입력하기 위한 상기 수단은, 상기 기준 전압 발생기(18)에 의해 제공된 전류를 측정하기 위한 수단을 포함하고,
상기 부하를 공급하는 출력 및 상기 기준 전압 발생기(18)의 출력의 상류에 배치된 것은 그들 사이에 어떠한 저항성 요소도 개재하지 않고 결합 지점(24)에 직접 연결되어 있는, 오디오 증폭기. - 제8항에 있어서,
상기 기준 전압 발생기(18)는 0.2 Ω 미만의 출력 임피던스를 갖는, 오디오 증폭기.
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Also Published As
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| WO2011107669A1 (fr) | 2011-09-09 |
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