SE505995C2 - Förfarande och anordning för korrigering av felsignaler i ett signalförstärkande system - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 505 995 2 Tröghetseffekter vid acceleration och uppbromsning av högtalarelementet ger upphov till felsignaler över högta- laren.

Ett annat problemområde är de vibrationer som upp- står i själva högtalarlådan och som påverkar högtalarmembra- net och skapar distorsion. Dessa extra vibrationer resulterar i strömmar som áterförs till förstärkaren och kan orsaka sta- bilitetsproblem förutom att distorsion uppstår.

Lösningar på dessa problem diskuteras i AU-B1- 24 575/77 Och SE-C-398 287.

Dessa lösningar och andra metoder att råda bot på dessa problem (se fig. 1) har dock alla ett gemensamt: När högtalarens H1 impedans varierar så ändras systemets för- stärkning, vilket resulterar i en varierande nivå på utsigna- len. Därvid förskjuts ljudtrycksbalansen mellan de frekvenser där så sker och där så inte sker. Hörmässigt uppfattas ljud- bilden oftast som "kall" beroende på att de allra flesta dy- namiska högtalare har en kraftig impedanssvacka i området 100 Hz till 2-3 kHz. Därefter stiger impedansen igen. Ökningen tas dock om hand av de flesta av de återgivna systemen, dock inte den låga impedansen. Även den allra lägsta basen uppvi- sar en kraftigt sjunkande impedans, vilket ytterligare ökar den uppfattade "kylan" i återgivningen (man får högre ampli- tud på de högre frekvenserna, varvid det subjektiva intrycket blir "kallt“). Skulle man kompensera för maximalt låg impe- dans i syfte att jämna ut impedanskurvan, så går mycket ef- fekt förlorad genom kompensationsmotstånden, som då kommer att ha avsevärt lägre impedans än själva lasten.

I fallet med den kända lösningen enligt fig. lc blir högtalaren H1 åter spänningsstyrd och därmed förlorar man 6 dB i reglerförmåga samt att insignalen måste nå upp till hal- va utsignalen under förutsättning att resistanserna 2 och 3 är lika stora, vilket behövs för en effektiv reglering av frekvensgången.

Redogörelse för uppfinningen Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är att 10 15 20 25 30 35 3 kunna återge ljudsignaler inom hela det relevanta audioområ- det (inom bandet 20 - 20.000 Hz) och att det sker utan att förstärkaren lämnar oönskade tillåggssignaler över högtala- ren. Vidare skall uppkomna felsignaler dämpas ut, så att den- na besvärande form av distorsion upphör och nyttolasten (hög- talaren) endast återger den på systemet påförda nyttosigna- len.

Detta uppnås genom de särdrag som karakteriserar förfarandet och anordningen enligt uppfinningen såsom den de- finieras i patentkraven 1 respektive 2.

Fördelaktiga vidareutvecklingar framgår av de osjälvständiga patentkraven.

Föredragna utföringsformer Den föreliggande uppfinningen kommer att beskrivas mer i detalj nedan i samband med exemplifierande utförings- former och under hänvisning till bifogade ritningar, där fig. 1 visar förstärkarkretsar enligt känd teknik, fig. 2 visar den kända förstârkarkrets varifrån den förelig- gande uppfinningen utgår och fig. 3 visar två föredragna utföringsformer av kretsanord- ningen enligt den föreliggande uppfinningen.

Den grundläggande kända kretsanordningen såsom den åskådliggöra i fig. 1 och 2, varifrån den föreligande uppfin- ningen, har diskuterats ovan. De i dessa figurer visade kända kretsarna kommer inte att närmare beskrivas här, utan det skall enbart konstateras att de omfattar en via nyttolasten (högtalaren) H1 återkopplad förstärkare 1, vars insignal in- matas på den icke inverterande ingången (+) och vars inverte- rande ingång (-) är jordad via minst en resistor 2, 4. Nytto- lasten H1 kan vara parallellkopplad med ännu en resistor 3.

Såsom redan angivits i inledningen ovan avser den föreliggande uppfinningen ett förfarande och en anordning för lösning av problemet med korrigering av felsignaler i det signalförstârkande systemet 1 - 4, H1. Förfarandet bygger på att låta nyttolasten H1 inkopplas på känt sätt. För att i en- 10 15 20 25 30 35 h 505 995 4 lighet med den föreliggande uppfinningen kompensera den in- verkan som låga impedansvärden hos nyttolasten har på utsig- nalens återgivning, så innesluts hela det signalförstärkande systemet 1 - 4, H1 i ett ytterligare förstârkarsystem på sätt som framgår av fig. 3. Därvid uppnås att felsignaler omedel- bart upptäckes och korrigeras i förstärkaren 1.

De föredragna utföringsformerna av kretsanordningen enligt uppfinningen uppvisar sålunda ett ytterligare förstär- karsystem 5 - 12. Härvid är de i det signalförstârkande sy- stemet 1 - 4, H1 ingående resistorerna 3 och 4 inkopplade i en återkopplingskrets från förstärkarens 1 utgång till den inverterande ingången (-) på en i det ytterligare förstärkar- systemet 5 - 12 ingående ytterligare förstärkare 9. Denna yt- terligare förstärkare 9 är i sig återkopplad via en resistor 11 till dess inverterande ingång (-).

I en av de föredragna utföringsformerna av den före- liggande uppfinningen är, såsom framgår av fig. 3a, insigna- len 7 inmatad på den ytterligare förstärkarens 9 icke inver- terande ingång (+). Härvid leder återkopplingslinjen från förstärkarens 1 utgång 5 via resistorn 3 till den ytterligare förstärkarens 9 inverterande ingång (-) som utgör knutpunkt 6 även för den ytterligare förstärkarens 9 egna återkopplings- krets via resistorn 11. Knutpunkten är dessutom jordad via resistorn 4.

Vid ett alternativ till den föredragna utföringsfor- men är enligt fig. 3b insignalen 7 inmatad på den ytterligare förstärkarens 9 inverterande ingång (-) via resistorn 4. Re- sistorn 4 är därvid inkopplad mellan insignalens 7 ingång och en kopplingspunkt 12, som utgör den ytterligare förstärkarens 9 inverterande ingång (-). Denna kopplingspunkt 12 utgör där- vid även knutpunkt för de båda återkopplingslinjerna 5-3-12 0Ch ll-12.

På grund av den ytterligare förstärkarens 9 interna konstruktion (vilken är helt konventionell) där den så kalla- de råförstärkningen är större än vad som behövs för att driva en signal på ingången 8 till förstärkaren 1, så att utgången 5 på förstärkaren 1 når till en sådan nivå att återkopplings- l0 15 20 25 30 35 5 systemet 3, 4, 9 kommer i balans, dvs så att insignalen 7 till den ytterligare förstärkaren 9 är lika stor som signalen i knutpunkten 6, så utförs automatiskt en korrigering för olika impedansvârden på nyttolasten H1.

Den effekt som uppstår vid störningar i nyttolastens (högtalarens) H1 beteende, är att eftersom förstärkarens 1 utgång är mycket lägimpediv (och flera magnituder större än värdet på motståndet R1) så kommer felsignalen att uppträda på förstärkarens 1 inverterande ingång 10 och därvid leda till en kompensationssignal i motfas med felsignalen, varvid felsignalen slâckes ut oavsett dess orsak.

Resultatet blir att det totala systemets frekvens- gångsegenskaper bestämmes av resistorernas 3 och 4 funktioner och att man i audiosammanhang gör dem linjära eftersom man då uppnår en helt linjär transferfunktion med avseende på ampli- tud/frekvens sett i punkten 5, vilket motsvarar ren spän- ningsstyrning av nyttolasten H1.

Det år dock helt klart att man kan välja funktioner- na hos resistorerna 3 och 4 helt godtyckligt och att syste- mets totala respons enbart beror av resistorerna 3 och 4 och inte av nyttolastens H1 egenskaper.

De praktiska gränserna sättes dock av förstärkarens 1 utströmförmåga, râförstårkning och bandbredd.

Svårigheterna med denna lösning är att - inse nödvändigheten av att utvidga systemet till att även omfatta den ytterligare förstärkaren 9 för att ändra förlop- pet över nyttolasten H1, så att systemet totalt sett uppträ- der som om nyttolasten H1 vore spänningsstyrd eftersom ström- styrningen av nyttolasten H1 ger en ickelinjär frekvens/am- plitudfunktion av samma utseende som nyttolastens H1 impe- dans/frekvensfunktion, - inse nödvändigheten av att den långa yttre äterkopplings- slingans totala signalfördröjning mäste vara mycket kortare än periodtiden för den högsta frekvens som skall återges då man eljest kommer att erhålla så kallad spänningsderivata- relaterad distorsion, - inse nödvändigheten av att för att optimera signalrenheten 10 15 505 995 6 i det totala systemet mäste man införa lokal återkoppling över den ytterligare förstärkaren 9, så att dess egen sling- förstärkning blir högst 10, - inse nödvändigheten av att den ytterligare förstärkarens 9 slingförstärkning multiplicerad med förstärkarens 1 ràför- stärkning skall vara mycket större än nyttolastens H1 största impedansvårde dividerat med resistorns 2 värde för att full stabilitet skall kunna upprätthàllas i alla situationer samt att - inse nödvändigheten av att den öppna slingbandbredden skall användas som konstruktionskriterium vid val av konstruktion i förstärkarna 1 och 2 samt att den öppna slingbandbredden skall vara mycket större än den bandbredd som pàförs i punk- ten 7 för att man skall undvika spänningsderivatarelaterad distortion.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 P A T E N T K R A V

1. Förfarande för korrigering av felsignaler samt skapande av en godtycklig transferfunktion som är oberoende av egenska- perna hos ansluten nyttolast (H1) i ett signalförstârkande system, kännetecknat av att nyttolasten (H1) strömstyrs av en förstârkarenhet (1), som matas från en styrande enhet (9), vilken förutom en inkommande insignal (7) är matad med en från förstärkarenheten (1) återkopplad utsignal (5), varvid i nyttolasten (H1) av yttre påverkan eller genom sjâlvinduktion alstrade felsignaler korrigeras i förstårkarenheten (1) och det totala systemets amplitudrespons i utsignalen (5) styrs av en transferfunktion i en för utsignalen (5) använd åter- kopplingskrets (3, 4), vilken transferfunktion väljes vara linjär, så att nyttolasten (H1) fungerar som om den vore spånningsstyrd.

2. Anordning för korrigering av felsignaler samt för skapande av en godtycklig transferfunktion som âr oberoende av egen- skaperna hos en ansluten nyttolast (H1) i ett signalförstâr- kande system, kännetecknad av en förstârkarenhet (1) uppvi- sande en inverterande och en icke-inverterande ingång (10 resp. 8), varvid dess utgång (5) år anordnad att strömmata nyttolasten (H1) och dess icke-inverterande ingång (8) år anordnad att matas från utgången på en styrande enhet (9), som ingår i ett återkopplingssystem (3, 4, 9) och är matad med en insignal (7) och med en från förstärkarenhetens (1) utgång (5) återkopplad signal, varvid förstârkarenheten (1) och den styrande enheten (9) har en öppen slingbandbredd som är större än bandbredden för insignalen (7).

3. Anordning enligt patentkrav 2, kânnetecknad av att den styrande enheten (9) innefattar en andra, i sig återkopplad förstärkare, varvid återkopplingssystemet (3, 4, 9) omfattar en första resistans (3) inkopplad mellan förstärkarenhetens (1) utgång (5) och den andra förstârkarens (9) inverterande ingång (6; 12), till vilken inverterande ingång (6; 12) även en andra, i återkopplingssystemet (3, 4, 9) ingående resi- stans (4) är ansluten, varvid anordningens amplitudrespons på förstärkarenhetens (1) utgång (5) är styrd av den transfer- 10 15 505 995 8 funktion som bildas av de första och andra resistanserna (3, 4).

4. Anordning enligt patentkrav 3, kännetecknad av att den andra förstärkaren, som ingår i den styrande enheten (9), uppvisar såväl en inverterande (6) som en icke-inverterande (7) ingång, varvid insignalen är anordnad att inmatas via den icke-inverterande ingången (7) och den andra i återkopplings- systemet (3, 4, 9) ingående resistansen (4) är inkopplad mel- lan den inverterande ingången (6) och jord (fig. 3a).

5. Anordning enligt patentkrav 3, kännetecknad av att den andra förstärkaren, som ingår i den styrande enheten (9), en- bart uppvisar en inverterande ingång (12), varvid insignalen är anordnad att inmatas via den andra, i återkopplingssyste- met (3, 4, 9) ingående resistansen (4).

6. Anordning enligt något av patentkraven 2 - 5, kännetecknad av dess användning inom audioområdet där förstärkarenheten (1) är anordnad att mata den som en högtalarenhet utformade nyttolasten (H1).