DE102009057225B4 - Electronic power amplifier stage and power amplifier output stage - Google Patents
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Abstract
Elektronische Leistungsverstärkerstufe, insbesondere für die Verstärkung von Audiosignalen, unter Verwendung von diskreten Halbleiterbauelementen (Transistoren) als aktive Schaltungselemente mit einer Arbeitspunktstabilisierung eines verstärkenden Transistors, der mit der Last verbunden ist, über eine Konstantstromquelle, wobei mit Hilfe der Konstantstromquelle der Strom durch den verstärkenden Transistor unabhängig von der Belastung (Stromfluss durch die Last) konstant gehalten wird.Electronic power amplifier stage, in particular for amplifying audio signals, using discrete semiconductor components (transistors) as active circuit elements with an operating point stabilization of an amplifying transistor connected to the load via a constant current source, with the aid of the constant current source being used to control the current through the amplifying transistor is kept constant regardless of the load (current flow through the load).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Leistungsverstärkerstufe und Leistungsverstärkerendstufe. The invention relates to an electronic power amplifier stage and power amplifier output stage.
Es ist bekannt, dass für die präzise und möglichst verzerrungsfreie Signalverstärkung jeglicher Art der Arbeitspunkt des verstärkenden Transistors stabilisiert werden muss. Eine gängige Art der Arbeitspunktstabilisierung ist die Verwendung von Konstantstromquellen, sodass ein konstanter Strom für den Bias Strom des Transistors der Verstärkerstufe und den Strom durch die Last, die von dieser Verstärkerstufe getrieben wird, bereitgestellt wird. Insbesondere bei Leistungsverstärkerendstufen hat dies zur Folge, dass mit der Höhe des Ausgangssignals und damit des Laststroms, doch auch der Stromfluss durch die Verstärkerstufe erheblich schwanken kann. It is known that for the precise and as possible distortion-free signal amplification of any kind, the operating point of the amplifying transistor has to be stabilized. One common way of operating point stabilization is to use constant current sources so that a constant current is provided for the bias current of the transistor of the amplifier stage and the current through the load driven by this amplifier stage. In particular, in the case of power amplifier output stages, this has the consequence that with the height of the output signal and thus of the load current, but also the current flow through the amplifier stage can vary considerably.
Aus der Offenlegungsschrift
Aus der Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, dass Schwankungen des Stromflusses durch den Transistor der Verstärkerstufe aufgrund des schwankenden Laststromes keine optimale Arbeitspunktstabilisierung darstellt. Fehler bei der Signalverstärkung entstehen durch nichtlineares Übertragungsverhalten insbesondere in aktiven Komponenten, wenn diese einen großen Übertragungsbereich abdecken (großer Strom- und/oder Spannungshub bei der Übertragung des Nutzsignals). Die Rückwirkung des sich ändernden Laststromes als Stromänderung in der Verstärkerstufe wirkt sich negativ auf die Qualität (Klangqualität bei Audioverstärkern) des Ausgangssignals aus, da diese zur Entstehung von Signalverfälschungen verschiedenster Art bei der Verstärkung des Signals in der Verstärkerstufe an dessen nichtlinearer Übertragungskennlinie erheblich beiträgt; beispielsweise kann je nach Lastsituation an einer komplexen Last ein vielschichtiges Spektrum von harmonischen Signalverzerrungen entstehen. The invention is based on the problem that fluctuations in the current flow through the transistor of the amplifier stage due to the fluctuating load current is not an optimal operating point stabilization. Errors in the signal amplification caused by non-linear transmission behavior, especially in active components, if they cover a large transmission range (large current and / or voltage swing in the transmission of the useful signal). The repercussion of the changing load current as a current change in the amplifier stage has a negative effect on the quality (sound quality in audio amplifiers) of the output signal, since this significantly contributes to the generation of signal distortions of various kinds in the amplification of the signal in the amplifier stage at its non-linear transfer characteristic; For example, depending on the load situation, a complex spectrum of harmonic signal distortions can arise on a complex load.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. This problem is solved by the features listed in claim 1.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass
- • Verzerrungen jeglicher Art bei der Verstärkung durch die Verstärkerstufe günstig vermindert werden,
- • der Ausgangswiderstand der Verstärkerstufe deutlich verringert wird (größer Faktor 5)
- • die Klangqualität des Verstärkers bei Audioanwendungen wesentlich verbessert wird (besonders an Impedanzkritischen Lautsprechern als Last),
- • der Schaltungsaufwand sich nicht erhöht.
- • Distortions of any kind are favorably reduced in the amplification by the amplifier stage,
- • the output resistance of the amplifier stage is significantly reduced (greater than 5)
- • the sound quality of the amplifier is significantly improved in audio applications (especially on impedance critical loudspeakers as a load),
- • The circuit complexity does not increase.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Aufbau einer Leistungsverstärkerendstufe für Audioanwendungen durch die Brückenschaltung zweier Verstärkerstufen wie im Patentanspruch 1 dargestellt. Die technische Ausgestaltung, Wirkungsweise und Klangqualität eines solchen Verstärkers für Stereobetrieb mit einer Ausgangsleistung von 15 Watt pro Kanal ist über einen Prototypen bereits nachgewiesen. An advantageous embodiment of the invention is the construction of a power amplifier output stage for audio applications by the bridge circuit of two amplifier stages as shown in claim 1. The technical design, mode of action and sound quality of such an amplifier for stereo operation with an output power of 15 watts per channel is already demonstrated by a prototype.
Unabhängig von dieser Anwendungsmöglichkeit kann die Verstärkerschaltung für jede Art einer Signalverstärkung eingesetzt werden. Regardless of this application, the amplifier circuit can be used for any type of signal amplification.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below.
Es zeigen Show it
Überblick: Overview:
Die eigentliche Signalverstärkerstufe arbeitet als präziser Spannungsverstärker, durch den ein konstanter Strom fließt; d. h. sein Arbeitspunkt ist über den konstanten Strom fixiert. Der Stromfluss durch die angeschlossene Last hat keinen Einfluss auf den Stromfluss durch diese Verstärkerstufe. Eine „Konstantstromquelle” hält den Strom durch diese Spannungsverstärkerstufe konstant und liefert additiv die Stromdifferenz durch die Last. Das besondere an diesem Schaltungsprinzip ist die Kopplung der Spannungsverstärkerstufe und der Konstantstromquelle, sodass diese beiden Schaltungsteile ineinander greifen und diesen Effekt bewirken. The actual signal amplifier stage operates as a precise voltage amplifier through which a constant current flows; d. H. its operating point is fixed by the constant current. The current flow through the connected load has no influence on the current flow through this amplifier stage. A "constant current source" keeps the current through this voltage amplifier stage constant and additively provides the current difference through the load. The special feature of this circuit principle is the coupling of the voltage amplifier stage and the constant current source, so that these two circuit parts interlock and cause this effect.
Spannungsverstärker: Voltage amplifier:
Die Spannungsverstärkerstufe arbeitet an sich als klassische Emitterbasisschaltung. Das Eingangssignal wird am Eingang (
Konstantstromquelle: Constant current source:
Die Schaltung der Konstantstromquelle arbeitet als normale zweistufige Konstantstromquelle. Über (
Zusammenwirken der Gesamtschaltung: Interaction of the overall circuit:
Die Kopplung der beiden Schaltungsteile Konstantstromquelle und Spannungsverstärker erfolgt über den Widerstand (
Konkretes Anwendungsbeispiel: Specific application example:
Schaltet man zwei einstufige Verstärkerschaltungen nach
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Positive Versorgungsspannung +UB Positive supply voltage + U B
- 22
- Widerstand R5 Resistor R5
- 33
- Transistor T2 Transistor T2
- 44
- Transistor T3 Transistor T3
- 55
- Signalausgang Out Signal output Out
- 66
- Widerstand R3 Resistor R3
- 77
- Widerstand R4 Resistor R4
- 88th
- Signaleingang In Signal input In
- 99
- Kondensator C1 Capacitor C1
- 1010
- Widerstand R1 Resistor R1
- 1111
- Transistor T1 Transistor T1
- 1212
- Regelbarer Widerstand R2 Adjustable resistance R2
- 1313
- Masse Dimensions
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200910057225 DE102009057225B4 (en) | 2009-12-02 | 2009-12-02 | Electronic power amplifier stage and power amplifier output stage |
Applications Claiming Priority (1)
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DE200910057225 DE102009057225B4 (en) | 2009-12-02 | 2009-12-02 | Electronic power amplifier stage and power amplifier output stage |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE102009057225A1 DE102009057225A1 (en) | 2011-08-04 |
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Family
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Family Applications (1)
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DE200910057225 Active DE102009057225B4 (en) | 2009-12-02 | 2009-12-02 | Electronic power amplifier stage and power amplifier output stage |
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---|---|
DE (1) | DE102009057225B4 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014003232A1 (en) | 2014-03-05 | 2015-09-10 | Drazenko Sukalo | Highly efficient ultra-linear A-class output stage |
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-
2009
- 2009-12-02 DE DE200910057225 patent/DE102009057225B4/en active Active
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DE102009057225A1 (en) | 2011-08-04 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20130201 |