DE68921922T2

DE68921922T2 - Temperaturkompensationsschaltung in einem Verstärker zum Treiben einer negativen Impedanz.

Info

Publication number: DE68921922T2
Application number: DE68921922T
Authority: DE
Inventors: Masao Noro
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2009-05-20
Also published as: EP0344545B1; DE68921922D1; US5036228A; EP0344545A3; US4944020A; EP0344545A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturkompensationsschaltung, die in einer Vorrichtung verwendet wird zum Negativimpedanztreiben einer Last und insbesondere auf eine Temperaturkompensationsschaltung, die verwendet wird, um wirksam eine Variation in dem Treibzustand, die durch eine Veränderung in der Temperatur einer Last verursacht wurde, zu kompensieren.
(Beschreibung des Standes der Technik)
Im allgemeinen besitzt ein elektromagnetischer Wandler bzw. Transducer (dynamischer elektro-akustischer Transducer) wie z.B. ein Lautsprecher eine Spule (Sprachspule), und zwar angeordnet in einem magnetischen Spalt einer magnetischen Schaltung und einen Treibstrom i strömt durch die Spule, um eine Membran bzw. ein Diaphragma oder dergleichen zu treiben. Die Spule besitzt eine inherente interne Impedanz einschließlich einer DC (Gleichstrom-) Widerstandskomponente.
Da die Spule, die aus einem Kupferdraht gebildet ist, einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt, verändert sich ihr Widerstand abhängig von einer Temperatur. Falls die Länge der Kupferdrahtspule durch l dargestellt wird und die Intensität des Magnetfeldes des Magnetspalts durch B dargestellt wird, ist eine Treibkraft F, die an der Kupferdrahtspule erscheint, durch folgende Gleichung gegeben:
F = B l i
Deshalb in dem Fall des Konstant-Spannungstreibens, verändert sich die Treibkraft abhängig von einer Temperatur. Das oben erwähnte elektromagnetische Konversionssystem besitzt im allgemeinen eine Bewegungsimpedanz und die Widerstandskomponente der Kupferdrahtspule dient als Dämpfwiderstand dieser Bewegungsimpedanz. Deshalb verändert sich eine Dämpfungskraft ebenfalls gemäß einer Veränderung in der Temperatur.
In einem Lautsprechersystem, das mit dem Lautsprecher als das oben beschriebene elektromagnetische Konversionssystem versehen ist, beeinflußt die interne Impedanz, die inherent in der Sprachspule des Lautsprechers ist, ernst den Resonanz Q Wert und die niedrigste Resonanzfrequenz f&sub0; der Schalldruckcharakteristiken.
Der vorliegende Anmelder erkannte die obige Tatsache und reichte eine Patentanmeldung für eine akustische Wiedergabevorrichtung ein, die äquivalent eine DC Widerstandskomponente der Sprachspule ungültig machen oder eliminieren kann.
Figur 6 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm, das das Konzept der oben genannten Schaltung zeigt. In Figur 6(a) bezeichnen die Bezugssymbole CM und LM eine Kapazitätskomponente bzw. eine Induktivitätskomponente einer Bewegungsimpedanz ZM eines elektromagnetischen Wandlers bzw. Transducers (Lautsprecher); und RV einen internen Widerstand einer Sprachspule als eine Last. Der interne Widerstand RV wird eliminiert durch einen negativen Widerstand -RA, der äquivalent an der Treibseite gebildet ist und eine scheinbare bzw. auftretende Treibimpedanz ZA ist gegeben durch folgende Gleichung:
ZA = RV - RA
Falls ZA negativ wird, wird der Schaltungsbetrieb instabil gemacht. Deshalb werden die Werte von RV und RA als RV ≥ RA eingestellt.
Gemäß dieser akustischen Wiedergabevorrichtung wird der Resonanz Q Wert eines Einheitsvibrationssystems, das durch einen Lautsprecher aufgebaut ist, idealerweise 0 und das Konzept der niedrigsten Resonanzfrequenz f&sub0; ist ebenfalls verloren. Wenn der obige Resonator getrieben wird, da der Resonanz Q Wert nicht verringert werden muß, kann eine starke Resonanzakustikwellenstrahlung verwirklicht werden.
Um ein derartiges Negativimpedanztreiben zu erreichen, muß die Negativimpedanz äquivalent erzeugt werden. Zu diesem Zweck ist ein Detektionselement RS als ein Stromdetektionselement 3 in Reihe mit dem Lautsprecher als eine Last 2 verbunden. Figur 6(b) ist ein Schaltungsdiagramm eines Negativimpedanzgenerators. Wie in Figur 6(b) gezeigt ist, ist der Detektionswiderstand RS mit der Last 2 (interner Widerstand RV) verbunden und seine Detektionsausgangsgröße wird an einen Addierer 5 durch eine Rückkopplungsschaltung 4 mit einer Rückkopplungsverstärkung β geliefert, um positiv an einem Verstärker 1 mit einer Verstärkung A rückgekoppelt bzw. mitgekoppelt zu werden. Deshalb ist eine äquivalente Ausgangsimpedanz R&sub0; bezüglich der Last 2 gegeben durch folgende Gleichung:
R&sub0; = RS(1 - A β)
Jedoch stellen sich bei dem herkömmlichen Verfahren die folgenden Probleme.
Bei dem Negativimpedanztreibsystem können sowohl die große Treibkraft und Dämpfkraft verwirklicht werden, jedoch außer, wenn eine geeignete Temperaturkompensation für eine Veränderung in dem DC Widerstand RV der Sprachspule verursacht durch eine Veränderung in der Temperatur der Sprachspule des Lautsprechers durchgeführt wird, variiert ein Treibzustand größer als in dem Fall des normalen Konstantspannungstreibens. In dem Negativimpedanztreibsystem ist es schwierig, die Treibimpedanz konstant zu machen bezüglich der Bewegungsimpedanz der Sprachspule oder dergleichen des Lautsprechers über einen breiten Temperaturbereich, z.B. in der in der Figur 6(a) gezeigten Schaltung, da der Treibwiderstand (RV - RA) ist, falls der äquivalente Negativwiderstand -RA als konstant eingestellt ist, und zwar unabhängi von der Temperatur, wird das Verhältnis des Einflusses einer Veränderung in dem Widerstand RV verursacht durch eine Veränderung in der Temperatur bezüglich des Treibzustands größer als in dem Fall des Konstantspannungstreibens. Es gibt keine herkömmlichen Mittel zum positiven Kompensieren einer Veränderung in der Temperatur des internen Widerstands RV.
In einigen Vorrichtungen ist eine Spule zum Detektieren der Temperatur einer Treibspule als eine Last gebildet aus demselben Material (z.B. Kupfer) wie die Treibspule in der Nähe der Treibspule befestigt. Die Spule zum Detektieren der Temperatur dient nicht als eine normale Spule und wird nur als ein Widerstand verwendet, dessen Widerstand sich abhängig von einer Temperatur verändert.
In einem Verfahren, wobei die Spule (Detektierspule) zum Detektieren der Temperatur verwendet wird, und zwar zusätzlich zu der Spule als der Last, ist jedoch ein Extraanschluß bzw. eine Extraklemme für die Detektierspule erforderlich. Da die Masse der gesamten Spule durch die Detektierspule erhöht wird, falls sie an den Lautsprecher angelegt wird, wird das Vibrationssystem selbst unerwünscht schwer. Außerdem können Verdrahtungen zu der Lautsprechereinheit nicht durch zwei Anschlüsse realisiert werden, wodurch somit die Kompatibilität gestört wird.
DE-A-2 631 792 offenbart eine Treibvorrichtung zum Treiben einer Last, die folgendes aufweist: Detektiermittel verbunden mit der Last zum Detektieren eines Stromes, der durch die Last strömt, Rückkopplungsmittel zum Mitkoppeln bzw. positiven Rückkoppeln eines detektierten Ergebnisses der Detektiermittel an eine Eingangsseite der Treibvorrichtung, wobei ein Temperaturkoeffizient der Detektierimpedanz der Detektiermittel gleich oder etwas größer als ein Temperaturkoeffizient einer Lastimpedanz der Last ist. Bei dieser Treibvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist die Eliminierung der DC Widerstandskomponente zum Steuern bzw. Regeln der Rückkopplungscharakteristiken der Schaltung nicht möglich.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Verstärker mit einer Temperaturkompensationsschaltung vorzusehen, der bzw. die die Variation im Treibzustand einer Last kompensieren kann, und zwar mit einer einfachen Anordnung, sogar wenn die Lastimpedanz einer Last sich aufgrund einer Veränderung in der Temperatur der Last verändert.
Dieses Ziel wird durch einen Verstärker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Bei einem erfindungsgemäßen Verstärker wird ein Strom, der durch die Last strömt, durch Detektiermittel verbunden mit der Last detektiert und wird davon zurückgespeist bzw. rückgekoppelt. Der Temperaturkoeffizient einer Detektierimpedanz der Detektiermittel, der in einer Treibvorrichtung zum Bewirken des Negativimpedanztreibens der Last verwendet wird, wird eingestellt, um gleich oder etwas größer als ein Temperaturkoeffizient der Lastimpedanz der Last zu sein. Ein Wärmestrahlungswiderstand der Detektiermittel wird vorzugsweise eingestellt, gleich oder etwas größer als ein Wert zu sein, der erhalten wird durch Multiplizieren eines Wärmestrahlungswiderstandes der Last mit der Lastimpedanz und durch Teilen des Multiplikationsprodukts durch die Detektierimpedanz, und eine thermische Zeitkonstante der Detektiermittel wird vorzugsweise eingestellt, um beinahe gleich zu der der Last zu sein.
Bei der obigen Anordnung, da die Detektiermittel zum Detektieren des Stromes mit der Last verbunden sind, wenn die Last erregt wird, strömt ebenfalls ein Strom durch die Detektiermittel. In diesem Fall, da der Temperaturkoeffizient der Lastimpedanz der Last eingestellt wird, um beinahe gleich oder etwas größer als der der Detektierimpedanz der Detektiermittel zu sein, falls man annimmt, daß die Last und die Detektiermittel sich auf derselben Temperatur befinden, kann der Einfluß einer Veränderung in der Temperatur einer Treibimpedanz eliminiert werden. Falls der Wärmestrahlungswiderstand der Detektiermittel eingestellt wird, gleich oder etwas größer als ein Wert zu sein, der durch Multiplizieren des Wärmestrahlungswiderstands der Last mit der Lastimpedanz und Teilen des Produkts durch die Detektierimpedanz erhalten wird, und die thermische Zeitkonstante der Detektiermittel vorzugsweise eingestellt wird, um beinahe gleich der der Last zu sein, können die Temperaturen der Last und der Detektiermittel beinahe gleichgesetzt bzw. äquivalisiert werden. Deshalb kann eine zufriedenstellende Temperaturkompensation durchgeführt bzw. geleistet werden, während eine Zwei-Anschlußstruktur unverändert bleibt.
Bei einem erfindungsgemäßen Lautsprecher treibt der Verstärker, bei dem die Detektierausgangsgröße von Stromdetektiermitteln, die in Reihe mit einem Lautsprecher als eine Last eingesetzt werden, zu einer Eingangsseite positiv rückgekoppelt bzw. mitgekoppelt wird, um eine Negativwiderstandskomponente in einer Ausgangsimpedanz zu erzeugen, wodurch äquivalent die DC Widerstandskomponente der Sprachspule des Lautsprechers eliminiert oder ungültig gemacht wird, werden die Stromdetektiermittel aus einem Glied gebildet, das einen Wärmestrahlungswiderstand und eine thermische Zeitkonstante besitzt, die einen Anstieg bzw. eine Erhöhung in der Temperatur gestatten, und zwar beinahe äquivalent zu der eines Sprachspulenmaterials des Lautsprechers und temperaturempfindliche Mittel, die einen vorbestimmten Temperaturkoeffizienten besitzen, sind thermisch mit den Stromdetektiermitteln gekoppelt, so daß ein Rückkopplungsbetrag bzw. Rückkopplungsgröße eines Mitkopplungsbetriebs bzw. Positivrückkopplungsbetriebs gesteuert wird durch einen elektrischen Betrag bzw. eine elektrische Größe, und zwar entsprechend der Temperatur der temperaturempfindlichen Mittel.
Anstelle der temperaturempfindlichen Mittel können Temperaturdetektiermittel, die thermisch mit den Stromdetektiermitteln gekoppelt sind, angeordnet sein, und Multiplikationsmittel zum Multiplizieren eines Detektionssignals von den Temperaturdetektiermitteln mit einer Rückkopplungsverstärkung des Mitkopplungsbetriebs kann angeordet sein.
Gemäß dieser Anordnung, da ein Treibstrom, der durch die Sprachspule des Lautsprechers strömt, direkt durch die Stromdetektiermittel strömt, weisen die Stromdetektiermittel beinahe denselben Anstieg in der Temperatur auf, wenn die Temperatur der Sprachspule erhöht wird. Die Stromdetektiermittel und die temperaturempfindlichen Mittel oder Temperaturdetektiermittel sind thermisch miteinander gekoppelt, wodurch der Mitkopplungsbetrieb gesteuert bzw. geregelt wird. Deshalb kann die oben genannte Temperatursteuerung bzw. -regelung erreicht werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer Negativimpedanztreibvorrichtung;
Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 bzw. Fig. 4 detaillierte Schaltungsdiagramme der Figur 2;
Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungsanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 6(a) und 6(b) Schaltungsdiagramme, die eine äquivalente Schaltung eines dynamischen elektro-akustischen Wandlers bzw. Transducers bzw. eines Negativimpedanzgenerators zeigen, um die frühere Anwendung zu erklären.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 beschrieben werden. Dieselben Bezugszeichen bezeichnen dieselben Teile überall in den Zeichnungen und eine wiederholte Beschreibung davon wird vermieden.
Figur 1 ist ein Schaltungsdiagramm eines Negativimpedanzgenerators. Diese Schaltung besitzt im wesentlichen dieselbe Anordnung wie die des Negativimpedanzgenerators, der in Figur 6(b) gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß ein Element mit spezifischen Temperaturcharakteristiken als ein Detektierwiderstand 3 verwendet wird oder der Detektierwiderstand 3 die spezifischen Temperaturcharakteristiken besitzt. In Figur 1 ist eine Sprachspule (mit einem internen Widerstand von RV) als eine Last 2 mit dem Ausgang eines Verstärkers 1 mit einer Verstärkung A verbunden. Ein Detektierwiderstand (mit einem Widerstandwert von RS) als ein Detektionselement 3 ist mit der Last 2 verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen der Last 2 und dem Detektierelement (Detektiermittel) 3 ist mit einer Rückkopplungsschaltung 4 mit einer Übertragungsverstärkung β verbunden und die Ausgangsgröße des Detektierelements wird an dem Verstärker 1 durch einen Addierer 5 mitgekoppelt bzw. positiv rückgekoppelt. Wenn die Last 2 durch eine Negativimpedanz getrieben wird, nimmt man an, daß die Last 2 und das Detektierelement 3 sich auf derselben Temperatur befinden und man nimmt an, daß eine Lastimpedanz ZV (=RV) der Last 2 und eine Detektierimpedanz ZS (=RS) denselben Temperaturkoeffizienten besitzen.
In der in Figur 1 gezeigten Schaltung ist eine Treibimpedanz der Last 2 (eine Ausgangsimpedanz der Schaltung) gegeben durch:
RS (1 - Aβ)
Deshalb, wenn Aβ < 1 gilt, kann die Treibimpedanz negativ sein und die Last 2 kann durch eine Negativimpedanz getrieben sein. Falls der Widerstandswert der Lastimpedanz RV bei 0ºC durch RV0 dargestellt wird, der Temperaturkoeffizient des Materials der Last 2 durch KT dargestellt wird, und die Temperatur der Last 2 durch T (0ºC) dargestellt wird, wird die Lastimpedanz RV durch folgende Gleichung ausgedrückt:
RV = (1 + KT T) RV0
Deshalb ist die Treibimpedanz bezüglich der Bewegungsimpedanz ZM der Last 2 gegeben durch:
RV + RS(1 - Aβ) = (1 + KTT)RV0 + RS(1 - Aβ)
Falls die Detektierimpedanz RS denselben Temperaturkoeffizienten wie den der Lastimpedanz RV besitzt, wenn die Last 2 und das Detektierelement 3 sich auf derselben Temperatur befinden, kann der Einfluß eine Veränderung in der Temperatur, wenn (1 - Aβ) negativ ist, eliminiert werden.
Falls man annimmt, daß die Detektierimpedanz RS und die Lastimpedanz RV denselben Temperaturkoeffizienten besitzen und der Widerstandswert der Detektierimpedanz RS bei 0ºC durch RS0 dargestellt wird, wird die folgende Gleichung in der in Figur 2 gezeigten Schaltung aufgestellt:
RV - RA = (1 + KTT) RV0 + (1 + KTT) RS0 (1 - Aβ)
= (1 + KTT)[RV0 + RS0(1 - Aβ)]
Sogar wenn (1 - Aβ) negativ ist, kann der Einfluß des Temperaturkoeffizienten äquivalent zu dem in dem Fall eines Konstantspannungstreibens sein.
Die obige Beschreibung wurde unter der Annahme gemacht, daß die Last 2 mit der Lastimpedanz RV und das Detektierelement 3 mit der Detektierimpedanz RS sich auf beinahe derselben Temperatur befinden. Wenn die Last 2 und das Detektierelement 3 auf derselben Temperatur gehalten werden sollen, besteht das erste Problem in einer Raumbedingung, wo die Last 2 und das Detektierelement 3 angeordnet werden. Jedoch in einem Lautsprecher, wie z.B. einem dynamischen elektromagnetischen Wandler bzw. Transducer unabhängig davon, ob das Detektierelement 3 entweder auf der Lautsprecherseite oder der Treibseite angeordnet ist, sind diese zwei Orte in einer identischen Kammer vorhanden und es gibt kein Problem. Das zweite Problem besteht in der Wärmeerzeugung auf die Erregung der Last 2 selbst hin. Falls ein Treibstrom durch I dargestellt wird, ist der Leistungsverbrauch bei der Lastimpedanz RV gegeben durch I²RV. Jedoch, da der Treibstom I durch die Last 2 und das Detektierelement 3 zur selben Zeit strömt, wird die Leistung von I²RS bei der Detektierimpedanz RS verbraucht und daher tritt die Wärmeerzeugung ebenfalls hier auf. Falls die Wärmestrahlungswiderstandswerte der Last 2 und des Detektierelements 3 jeweils durch θV und θS dargestellt werden, können Anstiege in der Temperatur, die durch Wärmeerzeugung der Last 2 und des Detektierelements 3 verursacht werden, gleichgesetzt werden, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:
I²RV θV = I²RS θS
Um die obige Beziehung zu erfüllen, muß die folgende Relation erfüllt sein:
θS = (RV/RS)θV
Dies kann erreicht werden durch Einstellen eines Gebiets bzw. einer Fläche des Detektierelements 3, das die Luft kontaktiert.
Ein Wärmeerzeugungsglied besitzt im allgemeinen eine thermische Zeitkonstante. Die thermischen Zeitkonstanten der Last 2 und des Detektionselements 3 werden vorzugsweise eingestellt, (untereinander) gleich zu sein. Wenn die Zeitkonstante des Wärmestrahlungswiderstands θS des Detektierelements 3 verändert wird, während der Wärmestrahlungswiderstandswert θS des Detektierelements 3 unverändert gelassen wird, kann die Form des Strahlers verändert werden, während man dieselbe Wärmestrahlungsfläche bzw. -gebiet behält. Falls der Strahler aus einem identischen Material gebildet ist, kann seine Masse erhöht werden, um die thermische Zeitkonstante zu erhöhen. Außerdem kann die thermische Zeitkonstante erhöht werden unter Verwendung eines Materials mit einer großen spezifischen Wärme.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren kann ein Anstieg in dem Verhältnis des Einflusses einer Veränderung in der Temperatur, und zwar verursacht durch ein Negativimpedanztreiben, auf ein gleiches Niveau in dem Fall eines Konstantspannungstreibens unterdrückt werden. Jedoch ist eine Veränderung in der Temperatur äquivalent zu der bei dem Konstantspannungstreiben unvermeidbar. Somit kann der Einfluß einer Veränderung in der Temperatur weiter folgendermaßen eliminiert werden.
In einem ersten Verfahren wird ein Temperaturkoeffizient KTS der Detektierimpedanz RS des Detektierelements 3 eingestellt, etwas größer als ein Temperaturkoeffizient KTV der Lastimpedanz RV der Last 2 zu sein (KTS > KTV).
Somit, falls die Temperaturen der Last 2 und des Detektierelements 3 TV bzw. TS sind, ist die Treibimpedanz bezüglich der Bewegungsimpedanz ZM gegeben durch:
RV - RA = (1 + KTVTV )RV0 + (1 + KTSTS)RS0(1 - Aβ)
Ein Faktor, der sich auf eine Veränderung in der Temperatur hin verändert ist:
KTVTVRV0 + KTSTSRS0(1 + Aβ)
Um diesen Faktor auf "0" einzustellen,
RV0/[RS0(1 - Aβ)] = -(KTSTS)/KTVTV)
Deshalb, falls TS TV gilt, kann das Detektierelement 3 mit dem Temperaturkoeffizienten KTS, gegeben durch die folgende Gleichung, verwendet werden:
KTS -(RV0KTV)/[RS0(1 - Aβ)]
Wenn (1 - Aβ) < 0 gilt, kann KTS folgendermaßen eingestellt werden:
KTS = (RV0KTV)[RS0(1 - Aβ)]
Bei einem zweiten Verfahren wird der Wärmestrahlungswiderstandswert θS des Detektierelements 3 eingestellt, etwas größer als der der Last 2 zu sein. Falls KTS KTV gilt, von der obigen Gleichung, da
RV0/[RS0(1 - Aβ)] = -(KTSTS )/(KTVTV)
dann gilt
RV/RS0(1 - Aβ)] = -TS/TV
Falls (1 - Aβ) < 0 gilt, dann muß die folgende Gleichung aufgestellt werden:
RV0/[RS0(1 - Aβ)] = TS/TV
Der Wärmestrahlungswiderstand θS der Detektierimpedanz RS des Detektierelements 3 wird designed bzw. gewählt, um größer als ein Wert gegeben durch folgende Gleichung zu sein:
θS = (RVθV)/RS
der erhalten wird durch:
TS = I²RSθS
TV = I²RVθV
Somit kann die folgende Gleichung aufgestellt werden:
RV0/[RS0(1 - Aβ)] = TS/TV
In der Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist die Lastimpedanz der Last 2 der interne Widerstandwert RV der Sprachspule und die Detektierimpedanz des Detektierelements 3 ist der Detektierwiderstandswert RS.
Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt. Zum Beispiel können die Impedanzen eine Induktivitätskomponente oder eine Kapazitätskomponente aufweisen. Zum Beispiel ist die interne Impedanz ZV der Kupferdrahtspule hauptsächlich die Widerstandwertskomponente RV und umfaßt etwas eine Induktivitätskomponente LV. In diesem Fall ist das Detektierelement 3 mit einem Detektierinduktivitätswert LS zusätzlich zu dem Detektierwiderstandswert RS versehen, und die Temperaturkoeffizienten von LV und LS werden eingestellt, um beinahe einander gleich zu sein.
Wie oben beschrieben, da der Temperaturkoeffizient der Lastimpedanz der Last ungefähr gleich oder etwas kleiner als der Temperaturkoeffizient der Detektierimpedanz der Detektiermittel eingestellt ist, falls man annimmt, daß die Last und die Detektiermittel sich auf derselben Temperatur befinden, kann der Einfluß einer Veränderung in der Temperatur der Treibimpedanz eliminiert werden. In diesem Fall wird der Wärmestrahlungswiderstandswert der Detektiermittel eingestellt, gleich oder etwas größer als ein Wert zu sein, der durch Multiplizieren der Lastimpedanz mit dem Wärmestrahlungswiderstandswert der Last und durch Teilen des Produkts (das Ergebnis der Multiplikation) durch die Detektierimpedanz erhalten wurde, so daß die Temperaturen der Last und der Detektiermittel eingestellt werden können, um ungefähr einander gleich zu sein.
Aus diesem Grund, sogar wenn die Lastimpedanz sich aufgrund einer Veränderung in der Temperatur der Last in dem Negativimpedanztreiben verändert, kann eine Variation in dem Treibzustand der Last verhindert werden, während eine Zwei-Anschluß- bzw. Zwei-Klemmenstruktur unverändert bleibt.
Figur 2 ist ein Schaltungsdiagramm eines Negativimpedanztreibers. Ein Unterschied zwischen der in Figur 2 und der in der Figur 6(b) gezeigten Schaltung besteht darin, daß ein temperaturempfindliches Widerstandselement 6 (z.B. ein Thermistor), und zwar thermisch gekoppelt mit einem Detektierwiderstand RS als Stromdetektiermittel 3, angeordnet ist und mit einer Rückkopplungsschaltung 4 verbunden ist. Ein Wärmestrahlungswiderstandswert und eine thermische Zeitkonstante des in Figur 2 gezeigten Detektierwiderstands RS werden eingestellt, so daß ein Anstieg in der Temperatur einer Sprachspule eines Lautsprechers 2 ungefähr gleich einem Anstieg in der Temperatur des Detektierwiderstands RS ist. Demzufolge, da eine Rückkopplungsverstärkung β der Rückkopplungsschaltung 4 gesteuert werden kann gemäß einem Anstieg in der Temperatur des Detektierwiderstands RS, kann die Temperaturkompensation zufriedenstellend durchgeführt werden.
Dies wird im Detail im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben. In Figur 3 besitzt der Detektierwiderstand RS einen Temperaturkoeffizienten derselben Polarität, wie der einer Sprachspule RV des Lautsprechers 2 (wenn die Sprachspule RV einen positiven Temperaturkoeffizienten, wie Kupfer, besitzt, besitzt der Detektierwiderstand RS ebenfalls einen positiven Temperaturkoeffizienten). In diesem Fall, da die Rückkopplungsverstärkung β gegeben ist durch:
β = 1 + RX/R1
wobei RX ein Widerstandswert eines Thermistors als das temperaturempfindliche Widerstandselement 6 ist, ist die Treibimpedanz einer äquivalenten Bewegungsimpedanz ZM:
RV + RS{1 + A(1 + RX/R1)} ...(1)
Da nur die Sprachspule RV und der temperaturempflindliche Widerstand RX signifikante Temperaturkoeffizienten besitzen, kann die Formel (1) umgeschrieben werden, und zwar durch Extrahieren bzw. Herausziehen von diesem wie folgt:
RV - RSA(RX/R1) ...(2)
Falls diese Formel Null gibt, da dies bedeutet, daß die Temperaturkompensation ideal durchgeführt werden kann,
RV = RSA(RX/R1)
Für die Sprachspule RV und den temperaturempfindlichen Widerstand RX, gilt:
RV = RV0(1 + KTV TV)
RX = RX0(1 + KTX TX)
wobei RV0 : Wert von RV bei 0ºC
KTV: Temperaturkoeffizient von RV
TV: Temperatur von RV
RX0: Wert von RX bei 0ºC
KTX: Temperaturkoeffizient von RX
TX: Temperatur von RX
Deshalb kann die Formel (2) umgeschrieben werden als:
RV0(1 + KTV TV) = RSA RX0(1 + KTX TX)/R1
Da TV TX durch die oben erwähnte thermische Kopplung, kann der Einfluß der Temperatur beinahe eliminiert werden unter Verwendung des temperaturempfindlichen Widerstandes RX mit dem durch folgende Gleichung gegebenen Temperaturkoeffizienten TX:
(1 + (KTV TV)/(1 + KTX TX) (RS A RX0)/(RV0 R1)
Man beachte, daß, wenn der temperaturempfindliche Widerstand RX mit dem Temperaturkoeffizienten einer entgegengesetzte Polarität zu der der Sprachspule RV verwendet wird, die in Figur 4 gezeigte Schaltungsanordnung verwendet werden kann. Genauer ist in Figur 4 der temperaturempfindliche Widerstand RX mit dem Temperaturkompensationseingangsanschluß der Rückkopplungsschaltung 4 verbunden, während in der in der Figur 3 gezeigten Schaltung ein derartiger temperaturempfindlicher Widerstand RX mit dem negativen Rückkopplungssystem eines Verstärkers verbunden ist, der in der Rückkopplungsschaltung 4 vorgesehen ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 5 beschrieben.
Figur 5 ist ein Schaltungsdiagramm des weiteren Ausführungsbeispiels. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Temperaturdetektierelement 11 thermisch mit einem Detektierwiderstand RS gekoppelt und ein Detektionssignal (Parameter der Veränderung in der Temperatur) von dem Element 11 wird an einen Wandler bzw. Transducer 12 geliefert, um in ein Spannungssignal (Y) umgewandelt bzw. konvertiert zu werden. Das Spannungssignal (Y) wird an einen Multiplizierer 13 geliefert und wird mit einem Rückkopplungssignal (X) von einer Rückkopplungsschaltung 4 multipliziert und das Produkt (X Y) wird an einen Addierer 5 geliefert.
In dieser Schaltung ist die Treibimpedanz einen äguivalenten Bewegungsimpedanz ZM gegeben durch:
RV + RS(1 - AβY) ...(3)
Falls der Sprachspulenwiderstandswert bei 0ºC durch RV0 dargestellt wird, ist der Sprachspulenwiderstandwert RV bei TV gegeben durch:
(1 + KTV TV)RV0 ...(4)
Deshalb kann die Forinel (3) umgeschrieben werden als:
(1 + KTV TV)RV0 + RS(1 - AβY) ...(5)
In der Formel (5), da die Temperaturparameter alle nur in KTV und Y enthalten sind, kann die folgende Gleichung aufgestellt werden:
RV0KTVTV - RSAβY = 0
Deshalb gilt
RV0KTVTV = RSAβY ...(6)
Als Ergebnis kann die Gleichung (6) umgeschrieben werden als:
Y/TV = (RV0KTV)/RSAβ ...(7)
Da TV TS durch die oben erwähnte thermische Kopplung eingestellt wird, können das Temperaturdetektierelement 11 und der Transducer 12 eingestellt werden, um die folgenden Temperatur/ Spannungskonversionscharakteristiken von der Temperatur des Detektierwiderstands RS zu dem Spannungssignal (Y) zu erhalten:
Y/TS (RV0KTX)/(RSAβ)
In dem weiteren Ausführungsbeispiel können verschiedene Mittel als das Temperaturdetektierelement 11 verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Widerstand mit dem Temperaturkoeffizienten von einem beträchtlichen bzw. signifikanten Wert, ein Halbleiter, wie z.B. ein Thermistor und ein Posistor, ein Thermoelement bzw. Thermocouple und dergleichen verwendet werden. Eine Grenzschicht bzw. Junction-Spannung eines Elements, wie z.B. eines Transistors und einer Diode, können ebenfalls verwendet werden.
Der Multiplizierer 13, kann eine Multiplizierschaltung (VCA) aufweisen, und zwar unter Verwendung der VBE (Basis-Emitterspannung) - Charakteristiken eines Transistors oder eine Schaltung unter Verwendung eines Gebiets mit einer Widerstandswertveränderung, wie z.B. einen FET. Zusätzlich kann eine kombinierte Schaltung einer Lampe, wie z.B. einer LED und einer CdS-Zelle, verwendet werden.
Wie oben beschrieben wurde, da ein Treibstrom, der durch die Sprachspule des Lautsprechers strömt, direkt durch das Stromdetektierelement strömt, weist das Stromdetektierelement beinahe denselben Anstieg in der Temperatur, wie ein Anstieg in der Temperatur der Sprachspule, auf. Das Stromdetektierelement und die temperaturempfindlichen Mittel oder Temperaturdetektiermittel sind thermisch gekoppelt. Deshalb sind die Sprachspule und die temperaturempfindlichen Mittel oder Temperaturdetektiermittel demselben Anstieg in der Temperatur unterworfen, und steuern bzw. regeln somit die Mitkopplung bzw. das positive Feedback. Deshalb kann die oben erwähnte Temperaturregelung bzw. -steuerung durchgeführt werden.

Claims

1. Ein Verstärker zum Treiben eines Lautsprechers als Last, wobei folgendes vorgesehen ist:

in Serie mit dem Lautsprecher angeordnete Stromdetektiermittel;

Rückkopplungsmittel zum positiven Rückführen oder Mitkoppeln einer Detektionsausgangsgröße der Stromdetektiermittel zur Erzeugung einer einen negativen Widerstand besitzenden Komponente in einer Ausgangsimpedanz, wodurch in äquivalenter Weise eine Gleichstromwiderstandskomponente der Sprachspule des Lautsprechers reduziert oder invalidiert wird;

wobei die Stromdetektiermittel gebildet sind aus einem Glied, welches einen Wärmestrahlungswiderstand und eine thermische Zeitkonstante besitzt, zum Einstellen einer Temperaturerhöhung des Gliedes, so daß diese nahezu äquivalent ist zu der des Sprachspulmaterials des Lautsprechers; und

Temperaturdetektiermittel thermisch gekoppelt mit den Stromdetektiermitteln;

wobei eine Rückkopplungsgröße des positiven Rückkopplungsvorgangs oder des Mitkopplungsvorgangs gesteuert wird entsprechend einem Detektionsergebnis der Temperaturdetektiermittel.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdetektiermittel temperaturempfindliche Mittel aufweisen, die einen vorbestimmten Temperaturkoeffizienten besitzen und daß die Rückkopplungsgröße des Mitkopplungsvorgangs durch eine elektrische Änderungsgröße entsprechend der Temperatur der temperaturempfindlichen Mittel gesteuert wird.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, ferner gekennzeichnet durch Multiplikationsmittel zum Multiplizieren eines Detektionssignals von den Temperaturdetektiermitteln mit einer Rückkopplungsverstärkung des Mitkopplungsvorgangs.

4. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdetektiermittel ein temperaturempfindliches Widerstandselement aufweisen.

5. Verstärker nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdetektiermittel einen Temperaturkoeffizienten mit der gleichen Polarität besitzen wie der der Last.

6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdetektiermittel mit einem negativen Rückkopplungssystem eines Verstärkers der Rückkopplungsmittel verbunden sind.

7. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdetektiermittel einen Temperaturkoeffizienten von entgegengesetzter Polarität zu dem der Last besitzen.

8. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdetektiermittel mit einer Temperaturkompensationseingangsklemme der Rückkopplungsmittel verbunden sind.