NL8104914A

NL8104914A - Versterker met signaalafhankelijke voedingsspanningsbron.

Info

Publication number: NL8104914A
Application number: NL8104914A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1983-05-16
Also published as: JPS5884509A; US4507619A; DE3268594D1; EP0079098A1; EP0079098B1

Description

^ t H3N 10.175 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Versterker met signaalafhankelijke voedingsspanningsbron.

De uitvinding heeft betrekking op een canbinatie van een versterker en een daarmede gekoppelde signaalafhankelijke voedingsspanningsbron, waarvan de voedingspanning varieert in overeenkomst met het sig-naal dat door de versterker wordt versterkt.

5 Een dergelijke canbinatie is bekend uit de Nederlandse ter visie gelegde Octrooiaanvrage 7604175. Bij deze canbinatie wordt ter variatie van de voedingsspanning gebruik gemaakt van pulsbreedte modulatie, waarbij het modnlerende signaal van de ingang of van de uitgang van de versterker kan worden afgencmen. Een dergelijke 10 signaalafhankelijke voeding is nogal complex vanwege het gebruik van afzanderlijke oscillatoren en modulatoren voor de pulsbreedte modulatie en is verder nogal gevoelig voor toleranties van de ccmponenten en be-lastingsvariaties, terwijl de vereiste stabiliteit hoge eisen stelt aan het ontwerp.

15 De uitvinding beoogt een canbinatie van een versterker en een signaalafhankelijke voedingsspanningsbron te verschaffen, waarvan de voedingsspanning met een geringe gevoeligheid voor toleranties en belas-tingsvariaties de monentane waarde van de uitgangsspanning van de versterker goed kan volgen met een vaste verschilspanning.

20 De canbinatie van een versterker en een signaalafhankelijke voedingsspanningsbron volgens de uitvinding heeft daartoe het kemrerk, dat een deel van het genoemde signaal wordt toegevoerd aan een ingang van een vergelijker waarvan het uitgangssignaal een begrenzer bestuurt, waarbij een deel van het uitgangssignaal van de begrenzer door een fil-25 ter en een terugkoppelnetwerk in serie als terugkoppelsignaal aan een tweede ingang van de vergelijker wordt toegevoerd, zodanig dat een hoog-frequente oscillatie ontstaat in de terugkoppellus welke gevormd wordt door de vergelijker, de begrenzer, het filter en het terugkoppelnetwerk, waarbij een van het signaalafhankelijke modulatie van de pulsbreedte en/ 30 of de pulsdichtheid van het impulsvomige uitgangssignaal van de begrenzer optreedt, waarbij een voedingsspanning voor het uitgangsdeel van de versterker wordt afgeleid van de uitgang van het genoende filter.

De uitvinding zal aan de hand van een in de tekening weergege- 8104914 f ·“*· m i PHN 10.175 2 ven uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht.

Het signaal van een signaalbron 1 wordt toegevoerd aan de niet-inverterende ingang van een stuurversterker 2 waarvan de voedings-aansluitingen zijn verbonden met een aansluiting 3 voor een positieve 5 voedingsspanning en een aansluiting 4 voor een negatieve voedingsspanning. De ccnplementaire uitgangen 2-1 en 2-2 van stuurversterker 2 sturen twee camplementaire uitgangstrappen 5 en 6 van conventionele uitvoering. Op s het verbindingspunt U van de trappen 5 en 6 is een belasting 7 aange-sloten. De andere zijde van de belasting bevindt zich op referentiepoten-10 tiaal (aarde).

De uitgangstrappen 5 en 6 bevinden zich tussen de punten P en Q en de belasting 7. Aan de punten P en Q warden voedingsspanningen toegevoerd van positieve respectievelijk negatieve polariteit. De uitgangstrappen 5 en 6 vormen tezamen een klasse-B versterker en het verbindings-15 punt U vormt de uitgang van de klasse-B versterker. Deze uitgang is door een terugkoppelnetwerk 8 naar de inyerterende ingang van stuurversterker 2 teruggekoppeld.

Het signaal van signaalbron 1 wordt verder toegevoerd aan de niet-inverterende ingang van een operationele versterker 9, waarvan de 20 uitgang naar de inverterende ingang is teruggekoppeld door de weerstanden 10 en 11. Het uitgangssignaal van versterker 9 wordt gesplitst in een positief deel door diode 12 en een negatief dee! door diode 13.

Het positieve signaaldeel wardt door de weerstanden 14 en 15 toegevoerd aan de niet-inverterende ingang van een spanningsvergelijker 25 16· Door de weerstanden 17 en 18 wordt een kleine negatieve voorspanning toegevoerd aan de inverterende ingang van vergelijker 16. De differentie-le ingangsspanning van vergelijker 16 is dan een klein vast bedrag A V groter als het positieve signaaldeel.

Het uitgangssignaal van vergelijker 16 wardt door het stuumet-30 werk 19 toegevoerd aan de poort van een P-kanaal veldeffectschakelaar 20 (MDSFET). Deze is geschakeld tussen de aansluiting 3 en een punt R, welke door een diode 21 met aarde is verbonden. De schakelaar 20 en de diode 21 vormen samen een begrenzerschakeling met als uitgang het punt R, waarbij het punt R of aan de positieve voedingsspanning ligt 35 (schakelaar 20 geleidend; diode 21 gesperd) of aan aarde ligt (schakelaar 21 ongeleidend; diode 21 geleidend).

Door een laagdoorlaatf ilter 22 en een terugkoppelnetwerk 23 in serie wordt een deel van het uitgangssignaal van de begrenzer 20-21 toegevoerd aan de inverterende ingang van vergelijker 16.

8104014 +· .i m> m ESN 10.175 3

In de terugkoppellus, welke wordt gevormd door de bestanddelen 16, 19, 20, 21, 22 en 23 ontstaat een oscillatie.-wanneer bij een phase-draallng van 180° in de lus de versterking groter is als een. De lus wardt zodanig gedimensioneerd dat dit inderdaad het geval is, bij een 5 betrekkelijk hoge frequentie.

Het eerder genoemde voedingspunt p van de klasse-B versterker 5-6 wordt gevormd doer de uitgang van filter 22. Het uitgangssignaal van het filter 22 is de gefilterde versie van het uitgangssignaal van de hegrenzer 20-21. Dit laatste uitgangssignaal is een pulsbreedte-10 en/of pilsdichtheidsgeinodaleerd inpulsvotrmig signaal. Het spectrum van dit signaal heeft een basisband deel, dat correspcndeert met het ingangs-signaal, en bestaat verder uit dubbele zijbanden ter weerszijden van de oscillatiefrequentie en de harmonischen daarvan. Het laagdoorlaatfilter 22 laat het basisbandsignaal door en een deel van de hogere frequentie 15 cenpanenten. De mate waarin deze ccmponenten onderdrukt worden, zal afhangen van de verhouding tussen de oscillatiefrequentie van de lus en de resonantiefrequentie van filter 22. Een hoge oscillatiefrequentie heeft hierbij een gunstige werking. In een realisatievom bedroeg de oscillatiefrequentie bijvoorbeeld 400 kHz en was de resonantiefrequentie 20 van filter 22 bijvoorbeeld 40 kHz.

De spanning op het punt P volgt proportioneel het positieve deel van het uitgangssignaal van versterker 9 met een vaste verschil-spanning VCE, welke evenredig is met de voorspanning Λ V van vergelijker 16.

25 Het negatieve deel van het uitgangssignaal van versterker 9 wardt behandeld in de schakelingen welke zijn weergegeven in het onderste deel van de f iguur en welke §en-op-een corresponderen met de schakelingen welke zijn weergegeven in het bovenste deel van de figuur, welke het positieve signaaldeel behandelen. Deze correspondentie is in de figuren go tot uitdrukking gebracht door het gehruik van dezelfde verwijzings-tekens met accenten. Het enige verschil is, dat vergelijker 16' op de inverterende ingang een kleine positieve voorspanning krijgt toegevoerd, dat de veldeffecttransistor 201 van het N-kanaalstype is en verbonden is met de aansluiting £ en de diode 21' anders gepoold is als diode 21.

35 Het resultaat is dat de spanning van het punt Q proportioneel het negatieve deel van het uitgangssignaal van versterker 9 volgt met een vaste verschilspanning VCE.

Het signaal op de uitgang U van de klasse-B versterker 5-6 8,5 Λ r- ,1 f i y -. v I Ί r * » s PHN 10.175 4 is evenredig met het uitgangssignaal van signaalbron 1. Door een geschik-te dimensionering kan bereikt warden, dat de spanning van punt P het positieve deel van het signaal van uitgang U volgt met de vaste verschil-spanning VCE en dat de spanning van het punt Q het negatieve deel van het 5 signaal van uitgang U volgt met de vaste verschilspanning VCE. Deze dimensionering bewerkt dat de versterking tussen punt P respectievelijk punt Q en de signaalbron 1 gelijk is aan de versterking tussen uitgang ϋ en signaalbron 1. Een mogelijkheid am dit te realiseren is door de ver-zwakking welke wordt veroarzaakt door de weerstanden 14 en 15 gelijk te 10 maken aan de versterking van versterker 9 en door de overdrachtsver-houding van het terugkoppelnetwerk 8 voor de signaalfrequenties gelijk te maken aan de overdrachtsverhouding van het terugkoppelnetwerk 23 en de weerstand 18 voor de signaalfrequenties

Tijdens het positieve signaaldeel op de uitgang U staat over de 15 uitgangstrap 5 de constante spanning VCE, welke bepaald wordt door de grootte ^ V van de voorspanning van de vergelijker 16? tijdens het negatieve signaaldeel staat over de uitgangstrap 6 de constante spanning VCE. 4 V kan zodanig warden ingesteld, dat de uitgangstrap 5rof 6 welke de uitgangsstroam voor de belasting 7 voert voldoende spanning 20 krijgt om het door versterker 2 aangeboden signaal lineair te versterken.

De terugkoppelfactor van de terugkoppellussen kan bij de signaalfrequenties groat gemaakt worden, waardoor de voedingsspanningen op de punten P en Q het uitgangssignaal van de versterker goed kunnen volgen grotendeels onafhankelijk van de toleranties van de ccmponenten 25 en van eventuele belastingsvariaties.

In de voedingsspanningscircuits treedt een zekere tijdvertra-ging op, welke van belang wordt bij de bogere signaalfrequenties en welke grotendeels veroarzaakt wordt door de filters 22 en 22'. Ter voorkcming van het als gevolg hiervan qptreden van signaalvervorming 30 in de signaalweg, kan eenzelfde tijdvertraging in de signaalweg worden aangebracht. Dit kan gerealiseerd worden door het opnemen van twee onaf-hankelijke RC-fliters. Εέη van deze RC-fliters is het filter 24, dat in de voorwaartse signaalweg is opgenamen tussen signaalbron 1 en versterker 2. Het andere RC-filter is in de terugkoppelweg opgencmen 35 en wordt gevormd door het terugkoppelnetwerk 8, dat daartoe als RC-filter is uitgevoerd.

De terugkoppelnetwerken 23 en 23' zijn uitgevoerd als zoge-naamde phase-voorijlende netwerken (phase lead networks). Deze netwerken 8104914 4βτ * C c PHN 10.175 5 verschuiven de frequentie waarbij in de terugkoppellussen 180° phase-draaiing optreedt naar een bogere frequentie, zodat deze lussen zullen oscilleren bij een hoge tot zeer hoge frequentie. Een hoge oscillatie-frequentie met betrekking tot de hoogste signaalfrequentie zal leiden 5 tot een hoge onderdrukking van de hogere nodulatieproducten door de filters 22 en 22', zodat de voedingsspanningen op de punten P en Q het signaal op uitgang U zo goed mogelijk zullen volgen.

10 15 t 20 25 30 35 8104014

Claims

5~ ' * - f \ · PHN 10.175 6

1. Combinatie van een versterker en een daarmede gekoppelde signaalafhankelijke voedingsspanningsbron, waarvan de voedlngsspanning varieert in overeenkcmst met het signaal dat door de versterker· wordt versterkt, met het kenmerk, dat een deel van het genoemde signaal wordt 5 toegevoerd aan een ingang van een vergelijker waarvan het uitgangssig-naal een hegrenzer bestaurt, waarbij een deel van het uitgangssignaal van de hegrenzer door een filter en een· terugkoppelnetwerk in serie als terugkoppelsignaal aan een tweede ingang van de vergelijker wordt toegevoerd/ zodanig dat een hoogfrequente oscillatie ontstaat in de 10 terugkoppellus welke gevormd wordt door de vergelijker, de begrenzer, het filter en het terugkoppelnetwerk, waarbij een van het signaal afhan-kelijke modulatie van de pulsbreedte en/of de pulsdichtheid van het impulsvormige uitgangssignaal van de begrenzer optreedt, waarbij een voedingsspanning voor het uitgangsdeel •ran de versterker wordt afgeleid 15 van de uitgang van het genoemde filter.

2. Canbinatie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het genoemde terugkoppelnetwerk een phase-voorij lende karakteristiek heeft.

3. Combinatie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de versterker is voorzien van middelen voor het veroorzaken van een tijd- 20 vertraging in de signaalweg in overeenkcmst met de tijdvertraging welke in de voedingsspanningsbron optreedt.

4. Canbinatie volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de genoemde middelen warden gevormd door twee RC-fliters, waarvan er een in de voorwaartse signaalweg en waarvan de andere in de terugkoppelweg 25 van de versterker is opgenamen. 30 35 8104914