DE3017521A1

DE3017521A1 - Mehrkanal-tonleistungsverstaerker

Info

Publication number: DE3017521A1
Application number: DE19803017521
Authority: DE
Inventors: Kenji Yokoyama
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1979-05-10
Filing date: 1980-05-07
Publication date: 1980-11-13
Also published as: US4346349A; JPS55149512A; JPS6052607B2; DE3017521C2

Description

8O-N-414O

Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha,

No. 10-1, Nakazawa-cho, Hamamatsu-shi, Shizuoka-ken, Japan

Mehrkanal-Tonleistungsverstärker

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tonleistungsverstärker, und zwar insbesondere auf einen Mehrkanalverstärker zum Verstärken der Hochfrequenzkomponenten eines Tonsignals durch eine Analogverstärkerschaltung und zur Verstärkung von Niederfrequenzkomponenten durch eine C-Verstärkerschaltung.

Als Tonsignalverstärkerschaltungen sind allgemein bereits bekannt eine A-Verstärkerschaltung, die derart ausgelegt ist, daß ständig ein Kollektorstrom fließt und eine B-Verstärkerschaltung, die derart ausgelegt ist, daß der Kollektorstrom für jeden Halbzyklus fließt, wenn eine alternierende Basiseingangsgröße angelegt ist. Bei einem eine solche Schaltung verwendenden Verstärker entstehen Probleme insofern, als dessen Leistungsversorgungs-Schaltung sowohl hinsichtlich Größe als auch Gewicht recht groß wird, wobei ferner der Leistungswirkungsgrad schlecht ist, was besonders bei einem Verstärker mit einem A-Verstärkungskreis hervortritt. Um diese Probleme anzugehen, wurde ein Verstärker vorgesehen, der eine sogenannte D-Verstärkerschaltung verwendet, um so eine kompakte Größe, ein geringes Gewicht und exnen guten Leistungswirkungsgrad zu realisieren. Ein Beispiel eines solchen gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Verstärkers ist in Fig. 1 dargestellt, wo ein Eingangstonsignal an einer Eingangsstelle 1 an einen Komparator 2 geliefert wird, und zwar für einen Vergleich zwischen dem Ton-

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signal und einem Trägersignal mit einer von einem Taktimpulsgenerator 3 gelieferten Sägezahnwellenform, um so ein impulsbreitenmoduliertes Signal zu bilden. Dieses impulsbreitenmodulierte Signal wird über eine Treiberschaltung 4 an einen Schaltkreis 5 angelegt, der Transistoren 6a und 6b in SEPP-Verbindung aufweist, um dadurch alternierende Ein-Aus-Schaltwirkungen dieser Transistoren 6a und 6b zu bewirken, und zwar entsprechend der Impulsbreite des impulsbreitenmodulierten Signals derart, daß das impulsbreitenmodulierte Signal durch die mit geeigneten Spannungsquellen + V mit leistungsversorgten Schalttransistoren 6a und 6b leistungsverstärkt wird. Das Ausgangssignal dieses Schaltkreises 5 wird durch ein durchschnittbildendes Tiefpaßfilter 7 demoduliert, d.h. es erfolgt die Entfernung des Trägersignals aus diesem Ausgangssignal, um dadurch eine Tonausgangsgröße zum Betreiben einer Last 8, wie beispielsweise eines Lautsprechers zu erhalten.

Bei einem derartigen erwähnten Verstärker sind jedoch die erwähnten Vorteile von einem Nachteil insofern begleitet, als die Signalverstärkungstreue etwas schlechter ist. Wenn es demgemäß beabsichtigt ist, das Tonsignal des Hochfrequenzbereichs mit Treue zu verstärken, so besteht die Notwendigkeit, die Trägerfrequenz für die Impulsbreitenmodulation hochzusetzen, wobei beispielsweise im Falle der Verarbeitung eines Signals mit einer Frequenz bis zu 50 kHz die Trägerfrequenz auf ungefähr 500 kHz eingestellt wird. Durch diese Anordnung wird jedoch ein Schalttransistor mit einer hohen Abtrenn- oder Cut-Off-Frequenz erforderlich, wobei ein weiterer Nachteil insofern zu erwarten ist, als eine sporadische Strahlung des Trägersignals erzeugt wird, welche andere Elektronikvorrichtungen (beispielsweise den Toner) nachteilig beeinflußt. Das Problem dieser sporadischen Strahlung des Trägersignals ist außerordentlich störend im Hin-

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blick auf die Tatsache, daß dieser Verstärker ein Leistungsverstärker ist. Ein weiteres Problem könnte durch das "Leck" der Träger durch Erhöhung der Zerrungen oder Verformungen auftreten.

Zusammenfassung der Erfindung.

Ein Hauptziel der Erfindung besteht darin, einen Verstärker mit einem guten Leistungswirkungsgrad und einer hohen (Ton) Treue vorzusehen. Ferner bezweckt die Erfindung einen kompakten leichten Verstärker dadurch vorzusehen, daß der Leistungsverlust des Verstärkers im ganzen minimiert wird und ferner auf die Größe der Wärmestrahlung vermindert wird, ussd war beides als Ergebnis des oben erwähnten guten Lsistungswirkungsgrades»

Gemäß einem weiteren Ziel sieht die Erfindung einen Verstärker vor* der folgendes aufweists eine Änalogverstärkersehaltung für die Leistungsverstärkung von Hochfrequenzkomponenten eines Tonsignals und eine D-Verstärkungsschaltang für die Leistungsverstärkung von Niederfrequenskomponenten des Signals, so daß die Frequenz des Trägersignals der D-Verstärkungsechaltung niedrig eingestellt ist» um die Verwendung eines Sähaltelerasnts dieses D-Verstärkers zu gestatten, welches eine relativ niedrige Äbtrennfrequenz besitzt, so daß auch unerwünschte sporadische Strahlung verhindert werden kann.

Ein xfeiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Verstärker der oben beschriebenen Art vorzusehen, der derart ausgebildet ist, daß das an eine Last angelegte Ausgangssignal zur Eingangsseite des Verstärkers rückgekoppelt wird_s um das Trägersignalleck in dem Impuisbreitenmodulations-Schaitungssystem su unterdrücken und Verformungen in dem

Schaltungssystem zu reduzieren.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild eines eine D-Verstärkerschaltung verwendenden Verstärkers;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Verstärkers;

Fig. 3 eine Wellenform, welche die Beziehung swischen dem in^ulsbreitenmodulierten Signal und dem &usgangssignal in dem Verstärkungssystem rait Impulsbreitenmodulations-Schaltungen gemäß Äusführungsbeispiel der Fig. 2 darstellt;.

Fig. 4 ein Wellenformdiagramm des Eingangssignals des Äusführungsbeispiels der Fig. 2ξ

Fig. 5 die Frequenzkennlinie der Verstärkung des Verstärkungssyetems mit der Impulsbreitenmodulationsschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2;

Fig. 6 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenzkennlinie der Verstärkung des Verstärkungssystems mit Impulsbreitenmodulationsschaltung und der Verstärkung einer Hochfrequenzbereichsleistungs-Verstärkungssehaltung gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 2 darstellt;

Fig. 7 die Frequenzkennlinie einer Tonsignalenergie^ die repräsentiert wird durch ein Verhältnis aus einer Zeit, wenn eine Last durch einen Verstärker 2ur Verstärkung des Tonsignals betrieben \?ird? su einer Einheitsperiode;

Fig. 8 die Frequenzkennlinien der Verstärkungen an den entsprechenden Teilen und die Frequenzkennlinie der Gesamtverstärkung im Ausführungsbeispiel der Fig. 2;

Fig. 9 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verstärkers;

Fig. 10 die Frequenzkennlinien der Verstärkungen an den entsprechenden Teilen und die Frequenzkennlinie der Gesamtverstärkung beim Ausführungsbeispiel ge-• maß Fig. 9;

Fig. 11 ein weiteres Schaltungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verstärkers;

Fig. 12 ein weiteres Schaltungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verstärkers;

Fig. 13 ein Schaltbild der Frequenzkennlinien der Verstärkungen an den entsprechenden Teilen und die Frequenzkennlinie der Gesamtverstärkung beim Ausführungsbeispiel der Fig. 12.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 2-12 beschrieben.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verstärkers. In Fig. 2 kann ein an einer Eingangsklemme 11 angelegtes Eingangssignal in eine nichtinvertierende Eingangsklemme 12a einer Treiberverstärkerschaltung 12 eingegeben werden. Diese Treiberverstärkungsschaltung 12 ist eine derart ausgelegte Schaltung,

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daß ein einen niedrigen Pegel besitzendes Eingangssignal bis zu einem erforderlichen Pegel verstärkt wird; diese Schaltung ist durch eine übliche Analogverstärkerschaltung aufgebaut und besitzt eine flache und hinreichende Verstärkung über den gesamten Tonfrequenzbereich hinweg. Zwischen einer Ausgangsklemme 12c dieser Treiberverstärkerschaltung und einer mit einer Last 21 wie beispielsweise einem Lautsprecher verbundenen Ausgangsklemme 13 sind eine Analogleistungsverstärkerschaltung 14 und ein Widerstand 15 eingesetzt, die eine Impedanzschaltung bilden, und die in dieser Reihenfolge serienmäßig zwischen diesen Klemmen vorgesehen sind. Abgesehen von der bereits genannten Einfügung liegt zwischen der Ausgangsklemme 12c und der Ausgangsklemme 13 ebenfalls eine Serienschaltung aus einer Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und einer Spule 17, die eine Tiefpaßfilterschaltung von 6 dB/Oktave bilden. Die Schaltung 14 kann aus einer üblichen Analogverstärkerschaltung wie beispielsweise einer direkt gekoppelten Verstärkerschaltung bestehen, und es handelt sich dabei um eine Leistungsverstärkungsschaltung, die zur Leistungsverstärkung der Hochfrequenzbereichskomponenten eines Tonfrequenzsignals dient. Tatsächlich in der Praxis angewandt ist diese Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung 14 in der Lage, einen Frequenzbereich von O bis ungefähr 100 kHz abzudecken. Die Impulsbreitenmodulations- · schaltung 16 und die Spule 17 bilden gemeinsam eine sogenannte D-Verstärkerschaltung (Verstärkerschaltung der Klasse D), wobei die konkrete Anordnung dieser Schaltung ähnlich zur konventionellen Schaltung gemäß Fig. 2 erfolgen kann und diese Schaltung zur Umwandlung eines Tonsignals (Analogsignals) in ein impulsbreitenmoduliertes Signal dient, um sodann die Verstärkung des Pegels dieses Signals auf den Pegel der Leistungsversorgungsspannung zu bewirken, und wobei schließlich

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die Demodulation dieses Signals zurück zur Analogsignalform erfolgt. Diese D-Verstärkungsschaltung dient zur Durchführung der Verstärkung der erwähnten Niederfrequenzbereichskomponenten des Tonsignals. In diesem Falle ist die Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 derart angeordnet, daß ihre Trägerfrequenz f auf einen relativ niedrigen Frequenzwert in der Größenordnung von beispielsweise 20 kHz eingestellt ist. Wenn der Leistungswirkungsgrad der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung 14 in einem gewissen Ausmaß vermindert werden kann? so kann diese Trägerfrequenz f auf einen niedrigeren Wert eingestellt werden.

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Zwischen die Ausgangsklemme 13 und Erde sind ebenfalls Widerstände 18 und 19 geschaltet. Der gemeinsame Verbindungspunkt dieser Widerstände 18 und 19 liegt an der invertierenden Eingangsklemme 12b der Treiberverstärkerschaltung 12. Das heißt? das Ausgangssignal an der Äusgangsklemme 13 wird mit dem durch die Widerstände 18 und 19 eingestellten Teilungsverhältnis negativ zurückgekoppelt (gegengekoppelt), und auf diese Weise bilden diese Widerstände 18 und 19 eine negative Rückkoppelschaltung (Gegenkopplungsschaltung). Es sei hier darauf hingewiesen, daß bei der oben erwähnten Schaltungsanordnung die Grenzfrequenz (Abschneidfrequenz) f ,.die durch eine Zeitkonstante bestimmt ist, welche ihrerseits durch die Spule 17 und durch eine Last 21 definiert ist, auf einen niedrigeren Wert eingestellt ist, als die oben erwähnte Trägerfrequenz f^·, so daß das Trägersignal durch die Tiefpaßfilterspule 17 weggeschnitten wird.

Im folgenden sei die Arbeitsweise des Verstärkers mit der oben erläuterten Schaltungsanordnung beschrieben. Ein Eingangssignal - es kann sich dabei um ein Tonsignal handeln - wird an die Eingangsklemme 11 angelegt und als erstes durch die Treiberverstärkerschaltung 12 auf einen erforderlichen Pegel verstärktj

und daraufhin an die Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung 14 und auch an die Impulsbreitenmodulations· schaltung 16 geliefert. Die Impulsbreiterimodulationsschaltung 16 führt die Impulsbreitenmodulation des Ausgangssignals der Treiberverstärkerschaltung 12 durch den Träger aus, der beispielsweise in der Größenordnung von 20 kHz liegen kann, und ferner verstärkt diese Schaltung dieses Signal in einem solchen Ausmaß, daß dessen Spitzenpegel im wesentlichen gleich dem Pegel der Leistungsversorgungsspannung ist, und dieses impulsbreitenmodulierte Signal wird dann abgegeben. Es braucht nicht darauf hingewiesen zu werden, daß die Ausgangsgröße in einem solchen Fall einen Leistungspegel besitzt, der hinreichend groß ist, um die Last 21 über die Spule 17 zu betreiben. Die Ausgangsgröße dieser Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 wird an die Serienschaltung der Spule 17 und der Last 21 geliefert. Das an der Ausgangsklemme 13 abgenommene Signal besitzt eine Spannung d, die eine Spannung repräsentiert, die erhalten wird durch Entfernung der Trägersignalkomponente von der Spannung a des impulsbreitenmodulierten Signals, d.h. einer demodulierten Spannung b, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Spannung b ist ein verstärktes Signal der Eingangs-Signalspannung c angelegt an die Eingangsklemme 11 wie in Fig. 4 gezeigt. In diesem Falle hat die aus Impulsbreitenmodulations schaltung 16 und Spule 17 gebildete Schaltung keine Auflösungsfähigkeit für eine Frequenzkomponente nahezu oder oberhalb der Trägerfrequenz f unter den Frequenzkomponenten des Eingangssignals. Demgemäß können diese Frequenzkomponenten durch die erwähnte Schaltung nicht in substantieller Weise verstärkt werden.. Da die Grenz frequenz f , die bestimmt ist durch die von Spule T7 und Last 21 definierte Zeitkonstante, auf einen niedrigeren Wert als die erwähnte Trägerfrequenz f eingestellt ist, wird das Aus-

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gangssignal an der Ausgangsklemme \3 für diese Frequenzkonvponenten oberhalb der Grenzfrequenz f_Q derart werden, daß ihre Pegel fortlaufend abfallen. Insofern wird die Frequenz-

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kennlinie der die Impulsbreitenschaltung 16 und die Spule 17 aufweisenden Schaltung die Form gemäß Fig. 5 in dem Falle annehmen, daß die Trägerfrequenz f mit 20 kHz angenommen wird, und die Grenzfrequenz f auf 5 kHz eingestellt wird. Andererseits besitzt die Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung 14 eine im wesentlichen konstante Verstärkung für den gesamten Tonfrequenzbereich, was in der Praxis der Bereich von O bis ungefähr 100 kHz ist, so daß diese Schaltung auch eine Verstärkung im Niederfrequenzbereich in der gleichen Weise besitzt, wie die Schaltung aus Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und Spule 17 gemäß Fig. 6. In Fig. 6 bezeichnet G.. die Verstärkung der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung 14 und G„ bezeichnet die Verstärkung der Schaltung aus Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und Spule 17. Durch Einstellung dieser Parameter als die Schaltungskonstante der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung 14 und der Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 derart, daß sichergestellt ist, daß die Ausgangsspannung V₁₄ der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung 14 und die Ausgangsspannung V.., der Schaltung aus Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und Spule 17 für ein gegebenes Eingangssignal im Niederfrequenzbereich im wesentlichen gleich einander sind, d.h. durch Einstellung gleicher entsprechender Verstärkungen von sowohl der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltungsseite 14 als auch der Impulsbreitenmodulationsschaltungseite 16, wird die Last 21 durch die Ausgangsgröße der Schaltung betrieben, die gebildet wird mit der Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und der Spule 17, weil die Ausgangsimpedanz der letztgenannten Schaltung hinreichend niedrig ist, so daß kaum irgendein Strom durch den Widerstand 15 fließen kann. Anders ausgedrückt ist der Strom i-«ci der durch diesen

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Widerstand 15 mit einem Widerstandswert von R₁₅ fließt, gegeben durch:

^V14 -^V16

^R15

Wie jedoch oben erwähnt ist V.. "^ V.g. Daher ist I₁₅ ungefähr O. Der Leistungsverlust der Hochfrequenzbereichsleistungsverstärkungsschaltung 14, der den Strom absorbiert, der durch den Widerstand 15 zu dieser Zeit fließen soll, ist sehr klein, nämlich I₁₅ te O. Weil auch I₁₅ <fc O, besitzt das Verstärkungssystem der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsseite 14 zu dieser Zeit keinen nachteiligen Einfluß auf das Ausgangssignal der Schaltung aus Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und Spule 17, so daß das Verstärkungssystem dieses Ausgangssignal nicht verformt. Somit werden diese Niederfrequenzbereichskomponenten im von der Treiberschaltung 12 ausgegebenen Tonsignal hauptsächlich durch die Schaltung leistungsverstärkt, welche die Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und die Spule aufweist, und diese Komponenten werden an die Last 21 geliefert.

Wie oben erwähnt, besitzt die Hochbereichsleistungsverstärkungsschaltung 14 eine über den gesamten Tonfrequenzbereich hinwegverlaufende Verstärkung. Diese Schaltung führt daher eine Leistungsverstärkung eines solchen Tonsignals der Frequenzkomponenten aus, die durch die Schaltung, gebildet durch die Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und die Spule 17jnicht verstärkt werden, d.h. es erfolgt die Ver-

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Stärkung eines Tonsignals dieser Frequenzkomponenten oberhalb der Grenzfrequenz f , und diese Schaltung 14 liefert das sich ergebende leistungsverstärkte Tonsignal über Widerstand 15 an die Last 21. Es sei bemerkt, daß in einem solchen Fall hinsichtlich des Verstärkungssystems auf der Seite der Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 niemals ein nachteiliger Effekt auf das Ausgangssignal der Hochfrequenzbereichs-Verstärkungsschaltung 14 ausgeübt wird, weil die Spule eine hohe Impedanz besitzt für diese Frequenzkomponenten oberhalb der Grenzfrequenz f . Es sei hier ferner darauf hingewiesen, daß das Verstärkungssystem auf der Seite der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung 14 derart ausgebildet ist, daß durch Einstellung des Werts des Widerstands 15 auf ungefähr einige Ohm, wenn der Wert der Last ungefähr 8 Ohm beträgt, eine Impedanzanpassung erreicht wird, so daß es möglich ist, im wesentlichen den Verstärkungsabfall, hervorgerufen durch diesen Widerstand 15, zu unterdrücken und das Fließen des Stroms i«,- durch diesen Widerstand zu reduzieren. Auch ist die Energieverteilung derjenigen Frequenzkomponenten oberhalb 5 kHz, die in einem üblichen Tonsignal enthalten sind, beträchtlich (ungefähr eine Größenordnung) kleiner verglichen mit der Energieverteilung der Frequenzkomponenten niedriger als 5 kHz (vgl. Fig. 7), so \ daß durch Einstellung der erwähnten Grenzfrequenz f auf ungefähr 5 kHz die Zeitperiode des Treibens der Last 21 durch die Hochfrequenzberelchsleistungsverstärkungsschaltung außerordentlich klein werden kann. Es ist demgemäß möglich, den durch die Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungschaltung14 hervorgerufenen Leistungsverlust auf ungefähr 1/10 des Leistungsverlustes in einer bekannten Schaltung zur Verstärkung des gesamten Frequenzbereichs einzustellen. Es ist daher möglich, das EndstufenleistungsVerstärkungselement, den Kühlkörper (Warmesumpf) und ähnliche Elemente dieser

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Schaltung 14 im Hinblick auf ein relativ geringes Leistungserfordernis auszulegen, oder aber diese Elemente können kompakt, mit geringem Gewicht und mit geringeren Kosten vorgesehen werden.

Wie oben erwähnt, wird für diese Niederfrequenzbereichskomponenten eines Tonsignals die Last 21 durch die Ausgangsgröße des Verstärkungssystems auf der Seite der Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 betrieben. Hinsichtlich der Hochfrequenzbereichskomponenten des Tonsignals wird die Last 21 durch die Ausgangsgröße des Verstärkungssystems auf der Seite der Hochfrequenzbereichsleistungsverstärkungsschaltung 14 betrieben. In einem solchen Falle sei darauf hingewiesen, daß infolge der Tatsache, daß das Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 13 in seiner Spannung durch die Widerstände 18 und 19 aufgeteilt und negativ zur Treiberverstärkungsschaltung 12 zurückgeführt wird, die an die Last 21 gelieferte Ausgangsspannung auf eine vorbestimmte Verstärkung gesteuert wird, und auf diese Weise wird diese Verstärkung infolge dieser Rückkopplung über den gesamten Frequenzbereich hinweg flach. Die entsprechenden Frequenzkennlinien in den entsprechenden Teilen dieses Verstärkers und die gesamte Frequenzkennlinie sind in Fig. 8 dargestellt. In Fig. 8 bezeichnet G* eine Leerlaufverstärkung der Hochfrequenzbereichsleistungsverstärkungsschaltung G^ bezeichnet eine Verstärkung ohne eine Last. G₁₂ bezeichnet eine Verstärkung bei Belastung. G₂ bezeichnet .eine Leerlaufverstärkung der Schaltung gebildet durch Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und Spule 17. G₃ repräsentiert die Gesamtverstärkung nach Rückkopplung. G_ bezeichnet die Größe der Rückkopplung.

Bei diesem Verstärker ist es möglich, den Leistungsverlust der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkerschaltung 14 klein einzustellen, und zusätzlich dazu ist es im Hinblick

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auf die Tatsache, daß die Verstärkerschaltung gebildet aus Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und Spule 17 eine sogenannte D-Verstärkerschaltung ist und daß deren Leistungsverlust im wesentlichen nur klein ist, möglich, den Leistungsverlust des Verstärkers als ganzem außerordentlich klein zu machen,verglichen mit dem bekannten Analogverstärker; gleichzeitig ist es möglich, infolge der Tatsache, daß die Hochfrequenzbereichskomponenten durch eine übliche Analogyerstärkerschaltung, ohne Schalten erforderlich zu machen, verstärkt werden, eine überlegene Kennlinie für den Hochfrequenzbereich zu erhalten. Bei diesem Verstärker ist es ebenfalls möglich, das Problem des Lecks von Trägern zu verbessern, welches stets bei Verstärkern auftritt, die die bekannte Impulsbreitenmodulationsschaltung verwenden, d.h. es ist möglich, das Problem zu verbessern, daß die Trägerfrequenzkomponente in der Ausgangsspannung enthalten ist. Es heißt, das Trägerleck kann als eine Verformung für das Eingangssignal angesehen werden. Im Hinblick auf dieses Problem wird bei diesem Verstärker die Verformungskomponente infolge des Trägerlecks negativ zur Treiberverstärkerschaltung 12 rückgekoppelt, so daß die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme 13 derart gesteuert wird, daß sie eine Phase entgegengesetzt zu der der Leckträger besitzt, und zwar durch die Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkerschaltung 14, so daß schließlich die Trägerkomponente in der Ausgangsspannung ausgelöscht wird. Es sei hier darauf hingewiesen, daß der oben erwähnte Effekt mit einem Anstieg der entsprechenden Leerlaufverstärkungen von sowohl Treiberverstärkerschaltung 12 als auch Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkerschaltung 14 größer wird. Ferner ist die durch die Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und die Spule 17 in diesem Verstärker gebildete Schaltung klein hinsichtlich der Erzeugung von Verformungen beim Vergleich mit der bekannten D-Verstärkerschaltung. Dies liegt daran, daß beim

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oben erläuterten Verstärker die Verformungskomponenten erzeugt auf der Seite der Impulsbreitenmodulationsschaltung unabhängig davon_f ob sie Niederfrequenzbereichskomponenten sind, stets durch die Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung 14 infolge der oben erwähnten Gegenkopplung (negative Rückkopplung) ausgelöscht werden.

Fig. 9 zeigt ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verstärkers. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der Unterschied zwischen dem ersten Ausführungsbeispiel darin, daß die Impedanzschaltung, die mit der Ausgangsklemme der Hochfrequenzbereichsleistungsverstärkungsschaltung 14 verbunden ist, gebildet wird durch einen Widerstand 15 und einen Kondensator 25, und daß andererseits die Impulsbreitendemodulationsschaltung, die mit der Ausgangsklemme der Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 verbunden ist, durch eine Tiefpaßfilterschaltung 17a der 12 dB/Oktave gebildet wird, die aus Spulen 17a. 17b, einem Kondensator 26 und einem Widerstand 27 besteht. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel die Ausgangsgröße der Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 durch die Tiefpaßfilterschaltung 17A läuft, so werden die Hochfrequenzbereichskomponenten dieser Ausgangsgröße durch diese Filterschaltung 17A abgeschnitten, und zudem wird die Dämpfungskennlinie in der Nähe der Grenzfrequenz f der Filterschaltung 17A steil, so daß es möglich ist, das Trägerleck in der Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 weiter zu vermindern, als dies für den Verstärker des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 der Fall ist.

Andererseits ist es in dem Signalsystem auf der Seite der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung 14 mög-

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lieh, die Hochfrequenzbereichskomponentenverstärkung durch die Impedanzabsenkungswirkung im Hochfrequenzbereich zu erhöhen, und dadurch eine Verminderung der Hochfrequenzbereichsverzerrungen zu erreichen. Die Frequenzkennlinien der entsprechenden Teile in diesem Verstärker und die Frequenzkennlinie insgesamt sind in Fig. 10 gezeigt. In Fig. 10 bezeichnet G₁ eine Leerlauf veiStärkung der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung 1 4. G_ bezeichnet die Leerlaufverstärkung der Schaltung gebildet aus Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und Filter 17A. G_ bezeichnet eine Gesamtverstärkung nach Gegenkopplung. G bezeichnet die Größe der durch den Kondensator 25 verbesserten Verstärkung.

Fig. 11 ist ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verstärkers. Dieses Ausführungsbeispiel soll in der Schaltanordnung identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel eine Leistungsversorgung der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkerschaltung 14 vom Ausgang der Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 schaffen. Insbesondere basiert das in Fig. 11 gezeigte Beispiel auf der Überlegung, daß der Pegel des Ausgangsimpulses der Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 im wesentlichen gleich dem der Leistungsversorgungsspannung ist. In Fig. 11 erkennt man, daß die Ausgangsklemme der Impulsbreitenschaltung 16 mit einer Schaltung verbunden ist, die gebildet wird durch Gleichrichtdioden 28 und 29 zum Erhalt einer positiven Leistungsversorgung und einer negativen LeistungsVersorgung, Glättungsdrosselspulen 30 und 31 und Glättungskondensatoren 32 und 33. Dieser Verstärker ist ferner derart ausgebildet, daß das bei der Ausgangsklemme der Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 auftretende impulsbreitenmodulierte Signal durch die oben erwähnte Schaltung gleichgerichtet und geglättet wird, und daß die an der Klemme 34 abgeleitete positive Spannung an die positive Leistungsversorgungseingangsklemme 35a der Hochfrequenzbereichsleistungsversorgungs-

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schaltung 14 geliefert wird, und daß ebenfalls die an der Klemme 36 gelieferte negative Spannung an die negative Leistungsversorgungseingangsklemme 35b dieser Hochfrequenzleistungsverstärkungsschaltung 14 geliefert wird. Demgemäß ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Vorsehen eines Leistungsversorgungstransformators für die Hochfrequenzbereichs -Leis tungs ver stärkungs schaltung 14 nicht notwendig? so daß sich der Vorteil ergibt, daß der Verstärker" als Ganzes kompakt, mit geringem Gewicht und geringen Herstellungskostenausgebildet sein kann»

Fig. 12 zeigt ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verstärkers. Bei diesem Ausführungsbeispiel treten Unterschiede hinsichtlich der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele insbesondere insofern auf, als es sich um die Anordnung des Signalsystems für die Leistungsverstärkung der Hochfrequenzbereichskomponenten handelt, die zwischen der Ausgangsklemme 12c der Treiberverstärkungsschaltung 12 und der Ausgangsklemme 13 des Verstärkers vorgesehen ist. Insbesondere erkennt man in Fig. 12, daß zwischen der Ausgangsklemme 12c und der Ausgangsklemme 13 wie beim vorhergehenden Ausftihrungsbeispiel eine Serienschaltung aus einer Impulsbreitenmodulationsscfaaltung 16 und einer Tiefpaßfilterschaltung 37 eingefügt ist, die ihrerseits eine Impulsbreitendemodulationsschaltung bildet, und andererseits ist dazwischen eine Serienschaltung eingefügt, die gebildet wird durch eine Hochpaßfilterschaltung 38 und eine Konstantstrom-Verstärkerschaltung 39., die ihrerseits eine Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung bildet» Bei dieser Anordnung ist die Hochpaßfilterschaltung 38 derart angeordnet^ daß deren Grenzfrequenz gleich der Grensfrequens f einer Schaltung gebildet aus Tief-Paßfilterschaltung 37 und Last 21 eingestellt wird» Die Konstantstromverstärkungsschaltung 39 ist ebenfalls eine derart angeordnete Verstärkungsschaltung„ daß der Strom I_Q ihrer Ausgangsklessme proportional star Eingangs spannung

V. (I Λ# V.) ist. Bei dieser Anordnung besitzt das Hochpaßfilterschaltung 38 und Konstantstromverstärkungsschaltung 39 aufweisende Signalsystem eine Kennlinie derart, daß die Verstärkung bezüglich derjenigen Frequenzkomponenten/ die niedriger liegen als die Grenzfrequenz f , eine Dämpfung erfährt.

Bei der obigen Schaltungsanordnung wird das durch die Treiberverstärkungsschaltung 12 verstärkte Tonsignal in der Hochpaßfilterschaltung 38 von seinen Niederfrequenzbereichskomponenten abgetrennt, und zwar mit einer vorbestimmten Dämpfungkennlinie (beispielsweise 6 db/Oktave), und sodann wird das sich ergebende Signal der Konstantstromvers tärkungs schaltung 39 zugeführt. Die Konstantstromvers tärkungsschaltung 39 ist derart ausgelegt, daß dann, wenn ihre Steilheit mit G angenommen wird und die Impedanz der Last 21 mit Z_T angenommen wird, diese Schaltung 39 die Leistungsverstärkung der Hochfrequenzbereichskomponenten des Tonsignals mit einer Verstärkung G=G . Z bewirkt und ihre Ausgangsgröße an die Last 21 liefert. Auch wird das Tonsignal, welches von der Treiberverstärkungsschaltung 12 abgegeben wird, ebenfalls an die Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 geliefert. Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen werden nur die Niederfrequenzbereichskomponenten des Tonsignals durch sowohl die Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 als auch durch die Tiefpaßfilterschaltung 37 leistungsverstärkt, und die sich ergebende Ausgangsgröße wird an die Last 21 geliefert. Auf diese Weise wird die Last 21 sowohl durch den Ausgang der Konstantstromvers tärkungs schaltung 39 als auch den Ausgang der Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 betrieben.

In der oben beschriebenen Anordnung ist das die Hochpaßfilterschaltung 38 und die Konstantstromverstärkungsschaltung aufweisende Signalsystem derart vorgesehen, daß diejenigen

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Signalkomponenten/ die niedriger liegen als die Grenzfrequenz f abgetrennt werden entsprechend der Dämpfungskennlinie dieses Signalsystems, so daß es möglich ist, den Leistungsverlust der Konstantstromverstärkungsschaltung 39 nur basierend auf den Signalkomponenten zu bestimmen, die oberhalb der Grenzfrequenz f liegen. Demgemäß wird es durch Einstellung der Grenzfrequenz f auf einen geeigneten Wert möglich, den Leistungsverlust der KonstantStromverstärkungsschaltung 39 beträchtlich zu reduzieren, und zwar infolge der Tatsache, daß im allgemeinen die Energie von Tonsignalen in deren Hochfrequenzbereich klein und in ihrem Niederfrequenzbereich groß ist. Ferner besitzen Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und die Tiefpaßfilterschaltung 37 zur Verstärkung dieser Niederfrequenzbereichskomponenten in einem Tonsignal im wesentlichen einen geringen Leistungsverlust. Demgemäß ist es beim vorliegenden Verstärker sowie auch den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich, den Leistungsverlust der Gesamtschaltung beträchtlich zu vermindern, und man erhält eine Betriebskennlinie, die im Hochfrequenzbereich überlegen ist. Diese Frequenzkennlinien der entsprechenden Teile im vorliegenden Verstärker und die Gesamtfrequenzkennlinie dieses Verstärkers sind in Fig. 13 dargestellt. In Fig. 13 bezeichnet G₁ die Leerlaufverstärkung der Schaltung, die eine Impulsbreitenmodulationsschaltung 16 und eine Tiefpaßfilterschaltung 37 aufweist. G₂ bezeichnet eine Leerlaufverstärkung einer Konstantstromverstärkerschaltung. G^ bezeichnet die Gesamtverstärkung nach Rückkopplung.

Jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele besitzt notwendigerweise eine Anordnung zwischen der Treiberverstärkungsschaltung 12 und der Ausgangsklemme 13 derart, daß sie durch zwei Kanäle aufgebaut ist, d.h. ein Hochfrequenzbereichsleistungsverstärkersignalsystem und ein Niederfrequenzbereichs-Leistungsverstärkersignalsystem. Diese Anordnung

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kann jedoch in Mehrfachkanälen erfolgen,, beispielsweise durch Aufteilung des Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkersignalsystems in zwei oder mehr Kanäle.

Zusammenfassend sieht die Erfindung somit einen Mehrkanal-Tonleistungsverstärker vor, der derart ausgebildet ist, daß durch eine Analogverstärkungsschaltung Hochfrequenzbereichskomponenten eines Tonsignals verstärkt werden, und daß die Niederfrequenzbereichskomponenten des Signals
durch eine D-Verstärkerschaltung verstärkt werden, um
dadurch den Leistungswirkungsgrad des Verstärkers zu erhöhen. Die Trägerfrequenz der D-Verstärkerschaltung ist dabei auf einen niedrigeren als den üblicherweise verwendeten Wert eingestellt, um die sporadische Strahlung des Trägersignals zu ellminieren.

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Claims

Patentansprüche

1. Mehrkanal-Tonleistungsverstärker mit einer Treiberverstärkerschaltung (12) zur Anlage eines zu verstärkenden Eingangstonsignals daran und zur Verstärkung des gesamten Frequenzbereichs des erwähnten Tonsignals, gekennzeichnet durch eine Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkerschaltung (14) verbunden zwischen der Treiberverstärkerschaltung (12) und einer Ausgangsklemme (13) des Verstärkers zur Leistungsverstärkung dieser Hochfrequenzbereichskomponenten des Tonsignals, und weiter gekennzeichnet durch eine Impulsmodulationsschaltung (16) sowie eine Impulsdemodulationsschaltung (17,17A,37) angeordnet zwischen der Treiberverstärkerschaltung (12) und der erwähnten Ausgangsklemme (13), um die •Niederfrequenzbereichskomponenten des Eingangssignals zu verstärken.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung (14) eine Analogverstärkerschaltung ist, um eine Ausgangsgröße der Treiberverstärkungsschaltung in analoger Weise zu verstärken.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogverstärkerschaltung eine im wesentlichen flache Verstärkung über den gesamten Frequenzbereich des Eingangstonsignals hinweg besitzt (Fig. 2).

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4. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand eingefügt ist zwischen der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkerschaltung (14) und der Ausgangsklemme, und daß der Widerstand eine Ausgangsimpedanz besitzt, die höher ist als die der Impulsdemodulationsschaltung (17) in einem Niederfrequenzbereich des Tonsignals.

5. Verstärker nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Kondensator (25) parallel geschaltet zu dem Widerstand (15).

6. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsmodulati ons-, und Demodulationsschaltung Impulsbreitenmodulations- bzw. Demodulationsschaltungen sind, und daß der Verstärker ferner Mittel aufweist, um die Ausgangsspannung der Impulsbreitenmodulationsschaltung gleichzurichten, und wobei ferner Mittel vorgesehen sind, um die Ausgangsspannung der Gleichrichtmittel zu glätten, wodurch eine Ausgangsgröße dieser Glättungsmittel als eine Leistungsversorgungsspannung der Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung verwendet wird (Fig. 11)

7. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h ne t , daß die Hochfrequenzleistungsverstärkungsschaltung eine Hochpaßfilterschaltung (38) und eine Konstantstromverstärkungsschaltung (39) aufweist, um einen Ausgangsstrom proportional zu einer Ausgangsspannung der Hochpaßfilterschaltung zu liefern (Fig. 12).

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β., Verstärker nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzbereichs-Leistungsverstärkungsschaltung eine Vielzahl von Kanälen aufweist, um die Hochfrequenzbereichskomponenten des Tonsignals in eine entsprechende Vielzahl von Frequenzbereichen aufzuteilen, und um diese Komponenten für jeden dieser Frequenzbereiche zu verstärken.

9. Verstärker nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsmodulationschaltung eine Impulsbreitenmodulationsschaltung ist mit einem Komparator zum Vergleichen eines Ausgangssignals der Treiberverstärkerschaltung mit einem Trägersignal eines Trägersignalgenerators.

10. Verstärker nach einem oder mehreren· der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersignal eine Frequenz von 20 kHz besitzt.

11. Verstärker nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsmodulationsund Demodulationsschaltungen Impulsbreitenmodulationsbzw. Demodulationsschaltungen sind, und daß die . Impulsbreitendemodulationsschaltung eine Tiefpaßfilter-Schaltung ist.

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12. Verstärkerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Tiefpaßfilter eine Grenzfrequenz besitzt? die niedriger liegt als die Frequenz des Trägersignals„

13. Verstärker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet; daß die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 5 kHz beträgt.

14. Verstärker nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet? da® das Tiefpaßfilter aus einer in Serie mit der Impulsbrsitendemodulationaschaltung. liegenden Spule gebildet ist (Fig» 2,11).

15. Verstärker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet? daß die Tiefpa"Sfilterschaltung aus einer Serienschaltung von swei Spulen (17a, 17b) _ und einer Serienschaltung aus einem Widerstand (27) und einem Kondensator (26) besteht, und zwar angeordnet zwischen einem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Spulen (17a,17b) und Schaltungserde.

16. Verstärker nach Anspruch 1_t dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegenkopplungsschaltung vorgesehen ist, um die Gegenkopplung eines Signals der Aus gangs klemme (13) suriick sur Treibervers tätkungsschaltung (12) su bewirken fFig« 2ί9,11,12)_β

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