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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Verstärken von
Signalen mit wenigstens zwei Verstärkerschaltungen, die je die gleiche
Kaskadenschaltung aus wenigstens zwei Typen von Modulen haben, wobei
jeder Modultyp verschiedene Stromanforderungen hat.
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Eine
derartige Anordnung ist aus GB-A 2 134 735 bekannt. Es ist bekannt,
dass die Verstärkerschaltungen
in einer derartigen Anordnung einander beeinflussen können. Dieser
Einfluss, auch als Interferenz bezeichnet, kann zu unerwünschten
Störungen
in den Signalen führen,
die von den Verstärkerschaltungen
verstärkt
werden. Interferenz kann beispielsweise auftreten, wenn zwei Verstärkerschaltungen
mit verschiedenen Frequenzen arbeiten. Dadurch können Interferenzsignale in
den Verstärkerschaltungen
erzeugt werden, wobei die Frequenzen der genannten Interferenzsignale
der Summe der oder der Differenz zwischen den ursprünglichen
Frequenzen entsprechen können.
Interferenz kann auch auftreten, wenn die Verstärkerschaltungen ausgebildet
sind als schaltende Verstärker.
In dem Fall kann das Umschalten eines ersten Verstärkers eine
Umschaltung in einem zweiten Verstärker verursachen.
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Die
aus der genannten Englischen Patentanmeldung bekannte Anordnung
umfasst eine erste und eine zweite die Impulsbreite modulierende
Verstärkerschaltung,
die beide eine Vergleichsschaltung und einen damit verbundenen schaltenden
Verstärker
aufweisen. In diesen Verstärkerschaltungen
wird ein zu verstärkendes
Eingangssignal dadurch in ein impulsbreitenmoduliertes rechteckiges
schaltendes Signal umgewandelt, dass das Eingangssignal in der Vergleichsschaltung
mit einem dreieckigen Bezugssignal verglichen wird. Das schaltende
Signal wird daraufhin durch den schaltenden Verstärker verstärkt.
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Bei
der bekannten Anordnung wird Interferenz zwischen den zwei Verstärkerschaltungen
als Ergebnis des gleichzeitigen Umschaltens der schaltenden Verstärker dadurch
vermieden, dass Bezugssignale mit unterschiedlicher Phase ausgeschlossen werden.
Ein erstes Bezugssignal wird von einem Oszillator erzeugt und der
ersten Verstärkerschaltung zugeführt. Ein
zweites Bezugssignal wird in einem Phasenschieber von dem ersten
Bezugssignal hergeleitet, wobei die Phase des genannten zweiten
Bezugssignals um neunzig Grad gegenüber dem ersten Bezugssignal
verschoben wird. Dieses zweite Bezugssignal wird der zweiten Verstärkerschaltung
zugeführt.
Da die Phasen der Bezugssignale verschieden sind, sind die Phasen
der schaltenden Signale ebenfalls verschieden. Dadurch können die
schaltenden Verstärker
nicht gleichzeitig geschaltet werden.
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Die
bekannte Anordnung umfasst relativ viele Teile, so dass die Anordnung
relativ aufwendig ist.
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"Elektor 11.1995:
A. Riedl "PA-300", Seite 20–27 beschreibt
eine Verstärkerschaltung
mit einer Vorverstärkerstufe
und mit einer Ausgangsstufe. Für jede
Stufe ist ein Erdungspunkt vorgesehen. Diese Erdungspunkte sind
innerhalb des Verstärkers
miteinander verbunden. Eine derartige gegenseitige Verbindung kann
zu Interferenz führen,
insbesondere wenn mehr als eine Verstärkerschaltung vorhanden ist
und/oder die Ausgangsstufe ein schaltender Verstärker ist.
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Es
ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, wobei gegenseitige Interferenzen
auf eine relativ einfache und unaufwendige Weise reduziert werden.
Um dies zu erreichen weist die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung
das Kennzeichen auf, dass jeder Modultyp mit einem eigenen Erdungspunkt
versehen ist und dass für
jeden Modultyp Erdverbindungen zwischen den Erdpunkten der gleichen
Modultypen vorgesehen sind, wobei jede der genannten Erdverbindungen einzeln
mit einem allgemeinen Erdpunkt verbunden ist, der innerhalb der
Stromversorgung der Anordnung liegt.
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Verstärkerschaltungen
umfassen im Allgemeinen Module mit einer unterschiedlichen Stromanforderung.
Im Allgemeinen wird eine Ausgangsstufe im Wesentlichen mehr Strom
ziehen als eine Steuerstufe oder eine Eingangsstufe. Außerdem sind
Module mit einer relativ niedrigen Stromanforderung empfindlicher
für Interferenzspannungen
als Module mit einer relativ hohen Stromanforderung. Wenn zwei derartiger
Module mit verschiedenen Stromanforderungen mit demselben örtlichen
Erdungspunkt gekoppelt werden, ist es möglich, dass durch die Entwicklung
von Interferenzspannungen ein Erdstrom des Moduls mit der größeren Stromanforderung
die Wirkung des Moduls mit der kleineren Stromanforderung beeinträchtigt.
Dies wird dadurch vermieden, dass die Erdströme dieser Module auf die oben
vorgeschlagene Weise ausgeschlossen werden. Es hat sich herausgestellt,
dass auf diese Weise unerwünschte
Interferenzen zwischen den Verstärkerschaltungen
im Wesentlichen unterdrückt
werden können.
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Die
Anordnung nach der vorliegenden Erfindung hat den weiteren Vorteil,
dass selbstschwingende Oszillatorschaltungen in der genannten Anordnung
verwendet wer den können.
Ein Oszillator ist überflüssig, so
dass die Anordnung sogar weniger Elemente umfasst. Bei der bekannten
Anordnung können
selbstschwingende Verstärkerschaltungen nicht
verwendet werden, da das angewandte Verfahren zum Vermeiden von
Interferenz nur dann den gewünschten
Effekt hat, wenn gewährleistet
werden kann, dass die Phasen der schaltenden Signale verschieden
sind.
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Eine
Ausführungsform
der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf,
dass in jeder Verstärkerschaltung
die Module, die einem ersten Modul folgen, eine hohe Eingangsimpedanz
haben. Dadurch können
nur kleine Ströme
zwischen den Modulen fließen.
Dadurch wird vermieden, dass aufeinander folgende Module einander beeinflussen,
und zwar durch die Bildung unerwünschter
Interferenzspannungen an den Erdverbindungen. Es sei bemerkt, dass
das erste Modul auch eine hohe Eingangsimpedanz haben kann. Dies
ist aber für
den durch die Module aufeinander ausgeübten Einfluss nicht wichtig.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden
Fall näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Schaltbild eines Beispiels einer Anordnung nach der vorliegenden
Erfindung,
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2 ein
Blockschaltbild einer Verstärkerschaltung
zur Verwendung in einer Anordnung nach der vorliegenden Erfindung.
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Beispiel
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Die
in 1 dargestellte Anordnung ist insbesondere gemeint
zur Verstärkung
von Audio-Signalen. Dazu umfasst die Anordnung vier identische Verstärkerschaltungen 20, 30, 40 und 50.
Audio-Signale, die den Eingängen 16, 14, 12 bzw. 10 der
genannten Verstärkerschaltungen
zugeführt
werden, werden durch diese Verstärkerschaltungen 20, 30, 40 und 50 verstärkt und über die
Ausgänge 21, 31, 41 und 51 der
genannten Schaltungsanordnungen den Lautsprechern 22, 24, 26 und 28 zugeführt.
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Wie
in 2 dargestellt, umfassen die Verstärkerschaltungen 20, 30, 40 und 50 drei
kaskadengeschaltete Module. Diese Module sind eine Eingangsstufe,
eine Vergleichsstufe und eine Ausgangsstufe. Alle Eingangsstufen
der Verstärkerschaltungen 20, 30, 40 und 50 haben
einen Erdpunkt i. Auf gleiche Weise haben alle Vergleichsstufen
einen Erdpunkt c und alle Ausgangsstufen haben einen Erdpunkt p. Alle
Erdpunkte 1 der Ver stärkerschaltungen 20, 30, 40 und 50 sind über eine
Erdverbindung 70 miteinander verbunden. Auf gleiche Weise
sind alle Erdpunkte c über
eine Erdverbindung 80 miteinander verbunden und alle Erdpunkte
p sind über
eine Erdverbindung 90 miteinander verbunden. Diese Erdverbindungen 70, 80 und 90 sind
einzeln mit einem allgemeinen Erdpunkt 60 verbunden.
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In
einem symmetrischen Netzteil, der einen Teil der Anordnung bildet,
werden eine positive Speisespannung V1 und
eine negative Speisespannung V2 für die Verstärkerschaltungen 20, 30, 40 und 50 erzeugt.
In diesem Fall umfasst der Netzteil einen Transformator 58 (von
dem nur eine einzige Spule dargestellt ist) und einen Brückengleichrichter,
der damit gekoppelt ist und der durch vier Dioden 56 gebildet
ist. Da der allgemeine Erdpunkt 60 mit dem zentralen Abgriff
des Transformators 58 verbunden ist und V1 und
V2 mit je einem Ausgang des Brückengleichrichters
verbunden sind, bedeutet dies, dass V1 gleich
-V2 ist. Die Elektrolytkondensatoren 52 und 54 glätten die
Speisespannungen V1 und V2 auf
bekannte Art und Weise.
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Eine
Speisespannung V3 wird über einen Widerstand 34,
eine Zener-Diode 36 und einen Transistor 38 von
der Speisespannung V1 hergeleitet. Auf gleiche
Weise wird eine Speisespannung V4 über einen
Widerstand 42, eine Zener-Diode 44 und einen Transistor 46 von
der Speisespannung V2 hergeleitet. Mit Hilfe
der Speisespannungen V1 und V2 werden die
Ausgangsstufen in den Verstärkerschaltungen 20, 30, 40 und 50 über die
Entkopplungsspulen 32 gespeist. Die Speisespannungen V3 und V4 werden benutzt
zum Speisen der Vergleichsschaltungen in den Verstärkerschaltungen 20, 30, 40 und 50.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild der Verstärkerschaltung 20.
Die Konstruktion der anderen Verstärkerschaltungen 30, 40 und 50 entspricht
der der genannten Verstärkerschaltung 20.
Die Verstärkerschaltung 20 umfasst
eine Eingangsstufe 109, eine Vergleichsstufe 110 und
eine Ausgangsstufe 112 und ein Tiefpassfilter 114.
Diese Module sind in Kaskade in der oben genannten Reihenfolge vorgesehen.
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Die
Vergleichsstufe 110 und die die Ausgangsstufe 112 haben
eine hohe Eingangsimpedanz, so dass nur kleine Ströme fließen können, und
zwar einerseits zwischen der Eingangsstufe 109 und der Vergleichsstufe 110 und
andererseits der Vergleichsstufe 110 und der Ausgangsstufe 112.
Dadurch wird der von der Vergleichsstufe 110 auf die Eingangsstufe 109 und
der von der Ausgangsstufe 112 auf die Vergleichsstufe 110 ausge übte Einfluss
ausgeschlossen, da unterwünschte
Interferenzspannungen an den Erdverbindungen nur in geringem Umfang auftreten.
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Die
Eingangsstufe 109 wird durch die Widerstände 100, 102, 104 und 106 in
Kombination mit dem Kondensator 108 gebildet. Diese Eingangsstufe 109 kann über den
Erdpunkt i geerdet werden. Die Vergleichsstufe 110 kann über die
Verbindungen V3 und V4 gespeist
werden. Weiterhin kann die Vergleichsstufe 110 über den
Erdpunkt c geerdet werden. Die Ausgangsstufe 112 kann über die
Verbindungen V1 und V2 gespeist
werden. Die Ausgangsstufe 112 kann über einen Erdpunkt p geerdet
werden.
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Die
Kombination aus einer Eingangsstufe 109, einer Vergleichsstufe 110 und
einer Ausgangsstufe 112, wie in der Zeichnung dargestellt,
bildet einen selbstschwingenden, schaltenden Verstärker (selbstschwingenden
Klasse-D-Verstärker).
Ein NF-Audiosignal,
das einem Eingang 16 zugeführt wird, wird durch die genannte
Kombination aus der Eingangsstufe 109, der Vergleichsstufe 110 und
der Ausgangsstufe 112 einer HF-Rechteckwelle aufmoduliert. Die an einem
Ausgang 115 der Vergleichsanordnung 110 gebildete,
resultierende, impulsbreitenmodulierte Rechteckwelle wird von der
Ausgangsstufe 112 verstärkt,
wonach der HF-Anteil des Signals in dem Tiefpassfilter 114 entfernt
wird. In diesem Beispiel ist die Ausgangsstufe 112 derart
ausgebildet, dass sie ein schaltender Verstärker ist, wodurch es beispielsweise
ermöglicht
wird, dass als schaltende Elemente MOS-FETs verwendet werden. Um eine hohe
Eingangsimpedanz der Ausgangsstufe 112 zu erreichen, ist
es möglich,
dass die Ausgangsstufe 112 mit einem Pufferverstärker an
einem Eingang 115 versehen wird.
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Da
in einem derartigen schaltenden Verstärker kaum Leistungsaufnahme
auftritt, ist die Effizienz der vorgeschlagenen Verstärkerschaltung 20 sehr hoch.
Durch Rückkopplung
der verstärkten
impulsbreitenmodulierten Rechteckwelle zu der Vergleichsstufe 110 ist
ein selbstschwingendes System erhalten, in dem Schwankungen in den
Speisespannungen V1 und V2 wesentlich
ausgeglichen werden. Für weitere
Einzelheiten sei auf eine Beschreibung eines derartigen Verstärkers in
der Zeitschrift "Elektro" (September 1979,
Seiten 46 bis 48) verwiesen.