NO150940B - Transistorforsterker for et orkesterinstrument - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en transistorforsterker for et orkesterinstrument, hvor det for forsterkeren anvendes vekselstrøm og forsterkeren har et forutbestemt arbeidsområde hvor modulasjonsforsterkningen øker rettlinjet opp til en nominell utgangseffekt, over hvilken forsterkeren normalt vil være mettet, hvor forsterkeren har en motkoplingsanordning og en utgangsspenning fra forsterkeren matet gjennom motkoplingsgrenen som styrer inngangen.

De kretser av transistor-utgangstrinn som i dag er vanlige

er overveiende utformet for kraft-driftsforsterkere. Derved oppviser disse meget lav ohm-verdi på utgangen. Derved er det gitt indre motstander på ca. 0,1 ohm. Ved hjelp av høye motkoplinger er det mulig å oppnå lineære forsterkningsfaktorer som gjør det mulig å oppnå en rettlinjet forsterkerkurve frem til kutting. Klirrfaktoren i dette lineære område ligger derved langt under

-én prosent og er derved i praksis ennå målbar, men ikke hørbar. Etter oppnåelse av utstyringsgrensen for transistorene

er det umiddelbart sammen med kuttingen gitt en meget steil stig-ning av klirrfaktoren, hvor det uten større overgang finner sted en meget merkbar, sterk forvrengning som viser seg som sagtann-kurve på oscillografskjermbildet. Dersom man vil anvende en tran-sistorf orsterker ved synging og meget dynamisk spill eller kom-posisjoner med instrumenter, finner musikerne at det er en ulempe at ved lydstyrketopper eller ved lengre eller stadig overstyring stiger klirrfaktoren på den annen side av kuttingen så sterkt at hele fremføringen forstyrres.

Mens ved private apparater, f.eks. forsterkere for radio-, lydbånd-, stereo- og hi-fi-anlegg, alle lydfrekvente opptak før gjengivelsen innstilles manuelt eller automatisk på et" nivå under en overstyringsgrense, er det ved orkesterforsterkere helt anner-ledes. Spenningsnivået vokser på uregelmessig måte, f.eks. ved harde anslag på strengene på en gitar, en elektrobass, hvorved det plutselig nåes mange ganger det vanige nivå, noe som fører til ekstreme overstyringer. Dessuten forandrer f.eks. under sang med dansebevegelser en sanger eller sangerinne avstanden mellom mikrofon og munn på slik måte at mikrofonen som lydtrykkmottaker plutselig avgir mange ganger dens gjennomsnittlige spenning til forsterkeren.

Fra GB-patentskrift 1.499.983 er det kjent en forsterker

som arbeider lineart også ved overstyring uten at det oppstår ekstreme forvrengninger. Det dreier seg om linearisering av for-sterkningskarakteristikken utenfor utstyringsområdet. For å oppnå dette anvendes det ifølge det britiske patentskrift en anordning som er komplisert og kostbar.

Britisk patentskrift 1.251.755 vedrører en krets for en forsterker, med en gren parallellkoplete motstander. Motstanden i motkoplingsgrenen avtar med høyere inngangsspenninger, men opp til den nominelle effekt er oppnådd blir forsterkeren værende uregulert.

En forsterker hvor motstanden i motkoplingsgrenen avtar

med høyere inngangsspenninger er også kjent fra.britisk patentskrift 1.019.296.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å videreut-vikle en transistorforsterker av den innledningsvis nevnte type slik at ved overskridelse av dens nominelle effekt, noe som ofte forekommer ved musikkforsterkere, klirrfaktoren ikke stiger så steilt at musikkfremføringen i dette utstyringsområde blir falsk. Formålet med oppfinnelsen er altså å unngå plutselig aktivering

av kuttingseffekten ved overskridelse av transistorforsterkerens nominelle effekt.

Dette er oppnådd ved at forsterkeren omfatter en ikke-inverterende inngang, og at motkoplingsanordningen omfatter a)

en av transistorer uavhengig første gren som omfatter en motstand

og som er innrettet til å mate en utgangsspenning tilbake til inngangen for styring av inngangen opp til den øvre grense av området, b) en suppleringsgren som er parallellkoplet med den første gren og som omfatter en zenerdiode som har et gjennombruddspunkt som ved den øvre grense av arbeidsområdet, samt c)

et antall ekstragrener som har sine zenerdioder med respektive

.gjennombruddspunkter i forskjellige punkter utenfor området, hvorved motkoplingsanordningen frembringer linear overgang som

fører fra og forbi arbeidsområdet og derved undertrykker klirr.

Med forsterkeren ifølge oppfinnelsen oppnås en liknende virkning som ifølge ovennevnte britiske patentskrift 1.499.983

på enklere og rimeligere måte.

Et vesentlig trekk -ved denne tekniske lære er det altså

at ved overskridelse av en transistors nominelle effekt blir klirrfaktoren likevel liten, idet ved overskridelse av den nominelle -effekt reduseres forsterkningen automatisk. En egnet måte til å oppnå dette er å dele opp transistorforsterkerens motkop-lingsmotstand i flere enkeltmotstander og å innkople disse ved økende utstyring av forsterkeren på slik måte at den totale forsterkning derved, i overensstemmelse med den elektriske dimen-sjonering, avtar.

Det er altså vesentlig at det ± forsterkerens motkoplingsgren er anordnet en motstand hvis motstandsverdi avtar ved høyere inngangsspenning.

Ifølge en første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er det i forsterkerens motkoplingsgren anordnet parallellkoplete motstander med forkoplete zenerdioder med økende lavinespenning. Med økende inngangsspenning bryter derved zenerdiodene gjennom og parallellkopler i overensstemmelse med dette etter hverandre et stadig større antall motstander, slik at totalt avtar motstanden i motkoplingsgrenen avhengig av inngangsspenningen.

Motstandene blir hensiktsmessig innkoplet ved hjelp av elektroniske brytere (f.eks. MOS-FET-brytere) avhengig av inngangsspenningen.

Motstandsreduksjonen i motstanden som er innkoplet i motkoplingsgrenen blir med fordel utført optisk-elektronisk (foto-celle som ligger overfor en luminansdiode hvis lysemisjon er avhengig av inngangsnivået).

Likeledes kan motstanden i motkoplingsgrenen være en tem-peraturavhengig, oppvarmet motstand hvor den tilførte varme-effekt avhenger av inngangsstrømmen.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli nærmere forklart ved hjelp av en utførelsesform som viser en utførelsesmåte, og under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et skjematisk koplingsskjerna av en første utførelsesform. Fig. 2 viser en tabell som angir zenerdiodenes koplings-

tersklers avhengighet av forsterkningen.

Fig. 3 viser forsterkningen i avhengighet av utstyringen, hvor kurve a viser en krets uten dioder, kurve b en krets med dioder dg uten belastning og kurve c en krets med dioder og med belastning på forsterkerens utgang. Fig. 4 viser klirrfaktoren i avhengighet av utstyringen, hvor kurve a viser en krets uten dioder, kurve b en krets med dioder uten belastning på utgangen og kurve c en krets med diode og 8 ohms belastning på utgangen. Fig. 5 viser forholdet mellom inngangs- og utgansspenning, hvor det fremgår at det med fem zenerdioder kan oppnås en krum linje. Fig. 1 viser en handelsvanlig transistorforsterker 2 som f.eks. oppviser en utgangseffekt på 80 watt. Den lavfrekvente spenning som skal forsterkes, påtrykkes en inngangsklemme 1, mens en høyttaler 17 er koplet til forsterkerens utgangsklemme 3.

Til forsterkerens 2 inverterende inngang er det via masse koplet en kondensator C5 og i serie en motstand RI og en mot-standskombinasjon R2. Motstandskombinasjonen R2 ligger i forsterkerens 2 motkoplingsorgan 4.

I forbindelse med fig. 2 vil funksjonen til zenerdioder

5-9 bli beskrevet.

Dersom ifølge første linje i tabelllen i fig. 2 spenningen i en motstand R7 er lavere enn 6,2 volt, så overskrides ikke zenerdiodens 5 koplingsterskel, slik at ifølge første linje i tabellen er som eneste motstand R2 en motstand R7 virksom i motkoplingsgrenen 4 .

Dersom spenningen i motstanden R7 overskrider verdien 6,2 volt, kopler zenerdioden 5 gjennom og parallellkopler en motstand 10 på 120 kohm med motstanden R7. Det oppnås derved for R2 en resulterende motstand på 17,1 kohm, og forsterkningen synker fra 27,4 til 21,9.

Analogt med denne beskrivelse kopler ved 8,2 volt spen-ningsfall i motstanden R7 i tillegg til zenerdioden 5 også en zenerdiode 6 gjennom, slik at for den resulterende motstand R2

i motkoplingsgrenen 4 ifølge tabellens tredje linje er resul-tatet en verdi på 15 kohm og en forsterkning på 19,3.

Endelig blir, dersom en spenning på 24,4 volt overskrides, zenerdioder 5-9 gjennomkoplet, slik at som resulterende motstand R2 fåes det en verdi på 10,9 kohm og en forsterkning på 14,3.

Av denne oppstilling fremgår det at ved økende spenningsfell

i motstanden R7 avtar,den totale, resulterende motstand R2 i motkoplingsgreneTi 4 .

Fig. 3 viser forsterkningens avhengighet av inngangsspenningen i tre forskjellige anvendelsestilfeller: Kurve a viser en kopling hvor det f.eks. bare er anordnet en motstand R7, og det fremgår at fra en viss inngangsspenning avtar forsterkningen meget sterkt, mens ifølge fig. 4 klirrfaktoren samtidig avtar meget sterkt.

Kurvene b og c viser at ved anvendelse av dioder reduseres forsterkningen med økende inngangsspenning, slik at ifølge kurvene b og c i fig. 4 øker klirrfaktoren bare meget langsomt.

Av fig. 4 fremgår det at en kjent transistorforsterker arbeider etter kurve a, mens ifølge den foreliggende oppfinnelse i overensstemmelse med kurvene b og c øker klirrfaktoren bare langsomt med stigende utstyring, slik at en plutselig aktivering av kuttingseffekten unngås.

Fig. 5 viser hvordan det frembringes en kurve 16 ved hjelp av de fem zenerdioder 5-9.

Dersom man med utgangspunkt i koordinatenes krysningspunkt gjennomløper kurvene i fig. 5 oppover, gjennomløper man først kurve 11 inntil man skjærer spenningslinjen på 6,2 volt hvor zenerdioden innkoples, slik at kurve 11 går over i kurve 12.

I skjæringspunktet med spenningskurven 8,2 volt går kurve 12

over i kurve 13 som på sin side i skjæringspunktet med spenningslinjen 13 volt går over i kurve 14 som deretter i skjæringspunktet med spenningslinjen 18,2 volt går over i kurve 15, som på

sin side i skjæringspunktet med spenningslinjen 24,2 volt går over i kurve 16. Den derved resulterende kurve 16 viser at det foreligger en ikke-lineær sammenheng mellom utgangsspenningen og inngangsspenningen, slik at klirrfaktoren ved overskridelse av den nominelle effekt bare stiger langsomt.

Til.fig. 4 skal det dessuten bemerkes at det fåes et til-svarende diagram dersom man inntegner klirrfaktoren på ordinaten med utgangseffekten på abscissen. Ved en utstyringsverdi på 1,0 vil det da oppnås en nominell effekt på 80 watt. Av dette fremgår det at med en tradisjonell transistorforsterker, som følger kurve-forløpet til kurve a, stiger klirrfaktoren praktisk talt sprang-vis, slik at en slik forsterker for musikkfremføringer på den annen side av den nominelle effekt er praktisk talt ubukelig.

Det er også tydelig at klirrfaktoren ved kurvene b og c ved over-

skridelse av den nominelle effekt (1,0 for verdien av utstyrin-

gen) bare stiger langsomt, slik at transistorforsterkeren ifølge oppfinnélsen er meget godt egnet for en musikkforsterker med høy dynamikk, også utenfor området for den nominelle effekt.

I utførelseseksemplet i fig. 1 ble det anvendt zenerdioder

5-9 som var koplet mot hverandre, for å unngå koplingshysterese.

Claims (4)

1. Transistorforsterker for et orkesterinstrument, hvor det

   for forsterkeren anvendes vekselstrøm og forsterkeren har et forutbestemt arbeidsområde hvor modulasjonsforsterkningen øker rettlinjet opp til en nominell utgangseffekt, over hvilken forsterkeren normalt vil være mettet, hvor forsterkeren har en motkoplingsanordning og en utgangsspenning fra forsterkeren matet gjennom motkoplingsgrenen som styrer inngangen, karak- terisert ved at forsterkeren omfatter en ikke-inverterende inngang, og at motkoplingsanordningen omfatter a) en av transistorer uavhengig første gren som omfatter en motstand og som er innrettet til å mate en utgangsspenning tilbake til inngangen for styring av inngangen opp til den øvre grense av området, b) en suppleringsgren som er parallellkoplet med den første gren og som omfatter en zenerdiode som har et gjennom- bruddspunkt som ved den øvre grense av arbeidsområdet, samt c) et antall ekstragrener som har sine zenerdioder med respektive gjennombruddspunkter i forskjellige punkter utenfor området, hvorved motkoplingsanordningen frembringer linear overgang som fører fra og forbi arbeidsområdet og derved undertrykker klirr.
2. 2. Transistorforsterker i samsvar med krav 1, karak- terisert ved at motkoplingsanordningen omfatter en gruppe kaskadegrener som hver er utstyrt med en zenerdiode som hver har et gjennombruddspunkt som i det minste er like høyt som den øvre grense av arbeidsområdet, idet en av kaskadegrenene er parallell med den første gren og zenerdiodene i kaskadegrenene er seriekoplet.
3. 3. Transistorforsterker i samsvar med krav 2, karakterisert ved at hver kaskadegren omfatter en motstand, og at motstandene er uavhengige av seriekoplingen av zenerdiodene og er innbyrdes parallellkoplet.
4. 4. Transistorforsterker i samsvar med krav 2, karakterisert ved at motkoplingsanordningen omfatter minst en ytterligere gren som er parallell med den første gren og kaskadegrenene og som omfatter en zenerdiode og en motstand i serie.