NO158560B - Push-pull forsterker med jord som referanse. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en push-pull forsterker med jord som referanse og med et par innganger og omfattende en utgangstransformator med primær-og sekundærviklinger for strømtilførsel til en transduktor og en anordning for tilførsel til inngangene av et pulsbreddemodulert signal, innbefattende et partog av vekslende pulser med en felles repetisjonsperiode, svarende til en påforhånd bestemt frekvens, hvilke pulser har lik høyde og samtidig variable bredder mindre enn halvparten av repetisjonsperloden.

Push-pull forsterkere av denne art benyttes særlig til oppbygning av forsterkerutstyr med lineær energiregulering av utgangssignalet ved høye energinivåer og der man har klasse D-pulsbreddemodulasjon (P¥M).

Den høye energivirkningsgrad ved push-pull forsterkere av klasse D er velkjent og det er også velkjent at for å oppnå et ideelt tre-tilstand PWM utgangssignal, må man ha en returbane med lav impedans i perioder da ingen av push-pull forsterkerene er ledende av hensyn til energi som er lagret i magnetiske og kapasitive komponenter i belastningen på utstyret.

Dette er blitt gjort i en viss utstrekning ved anvendelse av dempekretser som forbruker overskytende energimengder eller ved hjelp av høyspendte transistorer som selektivt settes i virksomhet og som er koblet i et mønster som er vanlig for forsterkerbrukretser, men som i tillegg har skapt spesielle driftskrav som oppstår på grunn av forholdene med jord som referanse.

Et eksempel på dette finnes i US PS nr. 4.092.610, men her er ikke utgangstransistorene i en bruforsterker beskyttet av noen dempekrets og rent generelt kan man si at formålet med foreliggende oppfinnelse er å muliggjøre drift av systemet ved høye energinivåer der man skal forhindre at transienter med motsatt rettet energi innvirker på utstyret. Hvis f.eks. belastningen er en lydtransduktor, vil signaler som frembringes ved transduktoren, f.eks. ved eksplosjoner, bli undertrykket og hindret i å bli ført tilbake til forsterkeren og i å ødelegge komponenter.

Ved foreliggende oppfinnelse er faren for skade på komponenter sterkt redusert med en rimelig og enkel anordning, der det benyttes en lavspendt bidireksjonal vender for moderat strøm med jord som referanse i tilslutning til en vikling i en utgangstransformator, hvilken vender virker som en kortslutningsbryter for transformatorviklinger, der resul-tatet er en "reflektert" lav impedans som fører til at utgangen fra transformatoren stort sett har en ideell PWM-bølgeform.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene som gjengir en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen og der: Fig. 1 viser et funksjonsdiagram for forsterkerutstyret i henhold til oppfinnelsen og

fig. 2 viser skjematisk tidsforholdet mellom spenninger som opptrer når utstyret er i drift.

En klasse D-forsterker 10 i henhold til oppfinnelsen er vist på fig. 1, idet den fra en pulsbreddemodulert kilde 11 mottar et signal på lederne 12 og 13, som står i et bestemt forhold til jord 14. Signalet omfatter etpar pulstog E^of E2av avvekslende pulser som har en felles repetisjonsfrekvens, og pulsene har lik amplitude og samtidig variable bredder som er mindre enn den halve repetisjonsperiode.

Et par logiske NAND-kretser 15 og 16 med første innganger på lederne 12 og 13 mottar andre innganger i forhold til jord 17 og lederne 20, 21 og 22 fra sende/mottagervenderen 23 1 intervaller da det er hensikten å sende PWM-signalet.

Utgangen fra NAND-kretsen 15 mates gjennom lederen 24, koplingspunktet 25, lederen 26, omformerkretsen 27, lederen 30, forsterkeren 31 og lederen 32 til en klemme i primærvik-1ingen 33 for en utgangstransformator med en sekundærvikling 35 som har uttak ved 36, mens primærviklingen 33 har et midtuttak 37.

Utgangen fra NAND-kretsen 16 mates gjennom lederen 40, koplingspunktet 41, lederen 42, omformerkretsen 43, lederen; 44, forsterkeren 45 og lederen 46 til den annen klemme i primærviklingen 33. Midtuttaket 37 holdes positivt i forhold til jord 47 ved hjelp av en likestrømkilde 50. Forsterkerne 31 og 45 er utstyrt med beskyttelsesdioder 51 og 52.

Sekundærviklingen 35 er koplet med ledninger 53 og 54 for å føre energi til en belastning 55 som er vist som en piezo-elektrisk eller magnetostriktiv transduktor. Lederen 54 er koplet til jord 56 og lederne 53 og 54 kan innbefatte avstemte kretser 57 om dette er ønskelig.

En ytterligere logisk NAND-krets 60 er forbundet med kop-lingspunktene 25 og 41 med ledninger 61 og 62. , Utgangen fra denne mates gjennom ledningen 63, omformerkretsen 64 og lederen 65 for å styre en bidireksjonal vender 66, som med ledninger 67 og 70 er koplet til uttaket 36 og til en klemme på sekundærvikl ingen 35, slik at når venderen er aktivert, vil en del 38 av viklingen 25 være kortsluttet, slik at den forbruker energi som reflekteres fra belastningsimpedansen. På fig. 2 viser kurvene 80 og 81 bølgeformene for pulstogene Ei og E2 • Kurven 82 viser den resulterende ideelle bølgeform over primærviklingen 33. Det fremgår at det finnes deler av perioden som er angitt ved 83 da transformatoren ikke tilføres energi fra hverken det ene eller det andre pulstog. Til enhver tid da det er et signal på lederen 61 fra pulstoget Ei eller på lederen 62 fra pulstoget E2, vil NAND-kretsen gi en logisk høy utgang. Når begge pulser er fraværende, d.v.s. under intervallene 83 på kurven 82, vil NAND-kretsen 60 gi en logisk lav utgang til omformerkretsen 64 som sørger for slutning av venderen 66, hvorved delen 38 av viklingen 35 kortsluttes. Dette resulterer i en lavimpe-danskrets koplet til belastningen 55. Intervallene for bryterslutning er vist på kurven 84 på fig. 2, og energi som er lagret i belastningen 55 under pulsene kan avledes gjennom sekundærviklingen 35, mens det kortsluttede parti 38 skaper banen med lav impedans. Denne anordning muliggjør drift av systemet ved høye energinivåer, siden det ikke finnes noen transienter med reversert energi som kan innvirke på utstyret. Dette har den ytterligere fordel, når belastningen 55 er en transduktor, at man undertrykker eventuelle signaler som frembringes av transduktoren under plutselige støttil-stander og hindrer dem i å bli matet tilbake til forsterkeren der de kan ødelegge komponenter.

Selv om tegningen viser venderen 66 koplet slik at den kortslutter en del av sekundærvikl ingen 35 som har jord som referanse, skal det påpekes at en uavhengig isolert vikling også kan anbringes på transformaatoren 34 for dette formål om det er ønskelig.

Av det foregående skulle det være klart at oppfinnelsen går ut på én forbedret klasse D-forsterker for pulsbreddemodulerte signaler, der en lavimpedansbane skapes i utgangstransformatoren under de intervaller da primærviklingen tilføres energi, og med dette blir det mulig å arbeide med høyere energinivåer og å undertrykke reverserte signaler fra utgangstransformatoren.

Mange karakteristiske trekk og fordeler ved oppfinnelsen er nevnt i den ovenstående beskrivelse sammen med detaljer ved oppbygningen og funksjonen av oppfinnelsen, og de nye trekk er gjengitt i kravene. Beskrivelsen skal imidlertid bare betraktes som en illustrasjon, og det kan gjøres forandringer både når det gjelder detaljer, særlig i forbindelse med form, størrelse og plassering av deler uten at man dermed fraviker oppfinnelsens ramme.

Claims (2)

1. Push-pullforsterker med jord som referanse og med et par innganger (12, 13) og omfattende en utgangstransformator (34) med primær-og sekundærviklinger (33, 35) for strømtilførsel til en transduktor (55) og en anordning (11) for tilførsel til inngangene (12, 13) av et pulsbreddemodulert signal innbefattende et partog av vekslende pulser med en felles repetisjonsperlode svarende til en på forhånd bestemt frekvens, hvilke pulser har lik høyde og samtidig variable bredder mindre enn halvparten av repetisjonsperioden,karakterisert vedat transduktoren (55) er ledende forbundet direkte med sekundærvikl ingen (35) og at bidireks j onale bryteranordninger (66) er forbundet med tilførselsanordningen (11) for kortslutning av vinninger i sekundærviklingen (35) under intervaller mellom de etter hvert følgende pulser i signalet, for derved å beskytte forsterkeren mot transienter som mates tilbake fra transduktoren (55) under de nevnte intervaller.

2. Push-pullforsterker som angitt i krav 1,karakterisert vedat de bidireksjonale bryteranordninger (66) er koblet i parallell mellom et uttak (36) på sekundærvikl ingen (35) og en utgangsklemme på utgangstransformatoren (34).