DE10034987A1

DE10034987A1 - Elektronischer Verstärker mit Gegenkopplung unter anderem für Audiosignale

Info

Publication number: DE10034987A1
Application number: DE10034987A
Authority: DE
Inventors: Charles Altmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-01-31

Abstract

Elektronischer Verstärker mit Gegenkopplung unter anderem für Audiosignale und mit mehreren parallel angesteuerten Ausgangsstufen, wobei ein Teil des Ausgangssignals an den Verstärker zurückgeführt wird, mit dem Zweck der Linearisierung des Frequenzgangs und der Verringerung der vom Verstärker generierten Verzerrungen. Nicht alle, jedoch mindestens eine der Ausgangsstufen verfügen über eine Gegenkopplungsleitung zu vorangehenden Verstärkerstufen. DOLLAR A Die an den Verstärkerausgang anzuschaltenden Lasten werden ausschließlich von Ausgangsstufen betrieben, welche nicht über eine Gegenkopplungsleitung verfügen. Es ist mindestens eine Ausgangsstufe vorhanden, welche über eine Gegenkopplungsleitung zum Verstärker verfügt, jedoch lastfrei, oder an einer anschaltbaren lokalen Last arbeitet. Die lokale Last kann schaltbar oder auch austauschbar sein.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Verstärker unter anderem für Audiosignale, mit Gegenkopplung und mit mehreren symmetrisch angesteuerten Ausgangsstufen, wobei ein Teil des Ausgangssignals an den Verstärker zurückgeführt wird, mit dem Zweck der Linearisierung des Frequenzgangs und der Verringerung der vom Verstärker generierten Verzerrungen.

Die Erfindung bezieht sich also gattungsgemäß auf einen Verstärker mit globaler Gegenkopplung bzw. globalem Feedback.

Solche Verstärker (Fig. 1) sind seit Jahrzehnten bekannt und in den unterschiedlichsten Varianten vorhanden. Alle bekannten Varianten teilen folgende Problematik:

Beim Treiben einer reaktiven (induktiv-kapazitiven) Last, z. B. einem Lautsprecher (Fig. 1, Ziff. 9), werden von der reaktiven Last Spannungen in den Ausgang des Verstärkers (Fig. 1, Ziff. 5) zurückinduziert und gelangen über die Gegenkopplungsleitung (Fig. 1, Ziff. 8) und das Gegenkopplungsnetzwerk (Fig. 1, Ziff. 6) in eine vorangehende Verstärkerstufe bzw. ein evt. vorhandenes Differenzglied am Verstärkereingang (Fig. 1, Ziff. 2), welches daraufhin versucht diesen Spannungen entgegenzuwirken, und mit seinem aktuellen Eingangssignal (Fig. 1, Ziff. 1) in Einklang zu bringen.

Dieser Vorgang hat negative Auswirkungen auf die Stabilität des Verstärkers und bringt im Falle eines Audioverstärkers auch eine subjektive Klangverschlechterung mit sich.

Bekannt sind daher auch Verstärker, welche auf eine globale Gegenkopplung verzichten (Fig. 2). Hierbei führt die Gegenkopplungsleitung (Fig. 2, Ziff. 8) das Gegenkopplungssignal (Fig. 2, Ziff. 7) nicht vom Ausgang des Verstärkers (Fig. 2, Ziff. 5) über das Gegenkopplungsnetzwerk (Fig. 2, Ziff. 6) zurück in den Verstärkereingang bzw. ein evt. vorhandenes Differenzglied (Fig. 2, Ziff. 2), sondern vom Ausgang einer Verstärkungsstufe vor der Ausgangsstufe, z. B. zwischen der Spannungsverstärkungs-Stufe (Fig. 2, Ziff. 3) und der Stromverstärkungs- bzw. Ausgangsstufe (Fig. 2, Ziff. 4). Diese lokale Gegenkopplung verhindert ein Reagieren des Verstärkers auf von der externen Last (Fig. 2, Ziff. 9) zurückinduzierte Spannungen und Ströme. Da sich die Ausgangsstufe jedoch nicht innerhalb der Gegenkopplungsschleife befindet, werden in dieser Stufe Verzerrungen generiert, welche ohne Korrekturmöglichkeit des Verstärkers in das Ausgangssignal eingehen.

Daher sind die bisher bekannten Verstärker-Topologien, entweder den Reaktionen der ange schlossenen reaktiven Lasten, oder wenn sie ohne globale Gegenkopplung arbeiten, erhöhten Verzerrungen unterworfen.

Diese Beschränkungen werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt.

Die hier vorliegende Erfindung beschreibt einen Verstärker (Fig. 3) mit globaler Gegenkopplung, welcher nicht auf die von einer reaktiven Last (Fig. 3, Ziff. 9) generierten Spannungen und Ströme reagiert, und trotzdem alle Ansprüche an niedrige Verzerrungen erfül len kann.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Verstärker mindestens eine zusätzliche parallel betriebene Ausgangsstufe (Fig. 3, Ziff. 10) besitzt, welche die alleinige Funktion hat, das globale Gegenkopplungssignal (Fig. 3, Ziff. 7) zu erzeugen, aber nicht an einer externen Last (Fig. 3, Ziff. 9) angeschlossen ist. Das Gegenkopplungssignal (Fig. 3, Ziff. 8) gelangt nur von der Gegenkopplungsausgangsstufe (Fig. 3, Ziff. 10) über die Gegenkopplungsleitung (Fig. 3, Ziff. 8) und das Gegenkopplungsnetzwerk (Fig. 3, Ziff. 6) an die Eingangsstufe des Verstärkers bzw. ein vorhandenes Differenzglied (Fig. 3, Ziff. 2).

Die anderen vorhandenen Ausgangsstufen (Fig. 3, Ziff. 4) werden von demselben Verstärker bzw. derselben Spannungsverstärkungsstufe (Fig. 3, Ziff. 3) parallel zu der Gegenkopplungsausgangsstufe (Fig. 3, Ziff. 10) angesteuert und sind an eine oder mehrere externe Lasten (Lautsprecher, Fig. 3, Ziff. 9) angeschlossen. Diese haben jedoch keine Gegenkopplungsleitung zum Verstärker. Daher ist jegliche Rückwirkung der externen reakti ven Lasten (Fig. 3, Ziff. 9) auf den Verstärker ausgeschlossen. Gleichzeitig kann man von glo baler Gegenkopplung sprechen, da über die gesamte Verstärkertopologie gegengekoppelt wird.

Da die Ausgangsstufen der meisten Verstärker Push-Pull (Gegentakt) Emitter-, Source- bzw. Kathoden-Folger sind, verhalten sich Ausgangsstufen mit gleichen Bauteilen weitestgehend absolut identisch, zumindest bei sachgerechter Einstellung des Ruhestroms.

Das bedeutet, dass die Ausgangsstufen für die externe Last (Fig. 3, Ziff. 4) und ohne Gegenkopplungsleitung zum Verstärker, genau dasselbe machen wie die Ausgangsstufe mit Gegenkopplungsleitung zum Verstärker und ohne externe Last (Fig. 3, Ziff. 10).

Aus diesem Grund ermöglicht ein im Sinne der vorliegenden Erfindung aufgebauter Verstärker auf makellose Weise, die geforderten Eigenschaften geringster Verzerrungen am Ausgang (Fig. 3, Ziff. 5), gepaart mit völliger Unbeeinflussbarkeit durch die externe reaktive Last (Fig. 3, Ziff. 9).

Zusätzlich kann die Ausgangsstufe, welche für die Gegenkopplung verantwortlich ist (Fig. 3, Ziff. 10) und von den externen Lasten (Fig. 3, Ziff. 9) getrennt ist, mit einer lokalen Last (Fig. 3, Ziff. 11) arbeiten, welche der Impedanz der externen Last (Fig. 3, Ziff. 9) angepasst ist. Hierzu würde sich am besten ein hochwertiger ohmscher Widerstand eignen. Diese Anordnung bewirkt, dass die Gegenkoppelungsausgangsstufe (Fig. 3, Ziff. 10) ähnlich stark belastet wird, wie die Ausgangsstufen ohne Gegenkoppelungsleitung zum Verstärker (Fig. 3, Ziff. 4), welche an die zu treibenden externen reaktiven Lasten (Fig. 3, Ziff. 9) angeschlossen sind.

Hierdurch wird eine gleichwertige Belastung (zu den externen Lasten, Fig. 3, Ziff. 9) simuliert, welche jedoch keinen reaktiven Charakter aufweist und daher den Verstärkungsprozess nicht durcheinander bringen kann. Durch diese Massnahme werden die Eigenschaften des in dieser Erfindung vorgestellten Verstärker nochmals verbessert.

Wenn man die lokale Last der Gegenkopplungsausgangsstufe (nach Anspruch 4, Fig. 3, Ziff. 11) austauschbar oder umschaltbar auslegt, kann man den erfindungsgemäss vorgestellten Verstärker auf verschiedenartige externe Lasten (Fig. 3, Ziff. 9) anpassen (z. B. 4-Ω- oder 8-Ω- Lautsprecher).

Bezugszeichenliste zu den Zeichnungen auf Blatt 1 Fig. 1, 2 und 3

1

Eingang des Verstärkers mit Eingangssignal

2

Eingangsstufe bzw. Differenzglied

3

Spannungsverstärkungsstufe

4

Stromverstärkungs- bzw. Ausgangsstufe zur Ansteuerung einer externen Last

5

Ausgang des Verstärkers

6

Gegenkopplungsnetzwerk

7

Signal der Gegenkopplung

8

Gegenkopplungsleitung

9

Externe reaktive Last (z. B. Lautsprecher)
nur

Fig.

3

10

Parallel angesteuerte Stromverstärkungs- bzw. Ausgangsstufe zur Erzeugung eines Gegenkopplungssignales ohne Verbindung zu einer externen Last, jedoch mit anschaltbarer lokalen Last

11

Lokale nichtreaktive anschaltbare bzw. austauschbare Last

Claims

1. Elektronischer Verstärker mit Gegenkopplung unter anderem für Audiosignale, und mit mehreren parallel angesteuerten Ausgangsstufen, wobei ein Teil des Ausgangssignals an den Verstärker zurückgeführt wird, mit dem Zweck der Linearisierung des Frequenzgangs und der Verringerung der vom Verstärker generierten Verzerrungen, dadurch gekennzeichnet, dass nicht alle, jedoch mindestens eine der vorhandenen Ausgangsstufen über eine Gegenkopplungsleitung zum Verstärker verfügen.

2. Elektronischer Verstärker mit Gegenkopplung unter anderem für Audiosignale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu treibenden Lasten (z. B. Lautsprecher oder weitere Verstärker mittels galvanischer Ankopplung über Leitungen), von einer oder mehreren Ausgangsstufen angesteuert werden, welche nicht über eine Gegenkopplungsleitung zum Verstärker verfügen.

3. Elektronischer Verstärker mit Gegenkopplung unter anderem für Audiosignale nach Anspruch 1, und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ausgangsstufe über eine Gegenkopplungsleitung zum Verstärker verfügt, jedoch lastfrei, oder an einer anschaltbaren lokalen Last arbeitet.

4. Elektronischer Verstärker mit Gegenkopplung unter anderem für Audiosignale nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Last einer Ausgangsstufe mit Gegenkopplungsleitung zum Verstärker, austauschbar bzw. schaltbar ausgeführt sein kann.