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Dokumentenidentifikation DE69727771T2 13.01.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000846367
Titel BRÜCKENVERSTÄRKER MIT UM DIE LAST GELEGTER RÜCKKOPPLUNG
Anmelder Koninklijke Philips Electronics N.V., Eindhoven, NL
Erfinder HUIJSER, Paulus, Jan, NL-5656 AA Eindhoven, NL
Vertreter Meyer, M., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 52076 Aachen
DE-Aktenzeichen 69727771
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 29.05.1997
EP-Aktenzeichen 979209244
WO-Anmeldetag 29.05.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/IB97/00613
WO-Veröffentlichungsnummer 0009749176
WO-Veröffentlichungsdatum 24.12.1997
EP-Offenlegungsdatum 10.06.1998
EP date of grant 25.02.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.01.2005
IPC-Hauptklasse H03F 3/30

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brückenverstärkerschaltung mit einem ersten und einem zweiten Verstärker, die jeweils einen Signaleingang, einen Referenzeingang und einen Ausgang besitzen, um einer zwischen die Ausgänge geschalteten Last ein verstärktes Eingangssignal zuzuführen.

Eine derartige Verstärkerschaltung ist aus dem Data Handbook IC01b „Semiconductors for Radio and Audio Systems", S. 1247, 1995 von Philips Semiconductors, bekannt. In einer Brückenkonfiguration wird diese Verstärkerschaltung, die TDA1516, verwendet, um eine zwischen die Ausgänge der beiden Verstärker geschaltete Last anzusteuern. Ein Nachteil der bekannten Brückenverstärkerschaltung besteht darin, dass Offsets zwischen den Ausgängen der beiden Verstärker auftreten können, was dazu führt, dass ein Gleichstrom durch die Last fließt. Dies wiederum hat eine unnötige Leistungsaufnahme zur Folge.

Aus der US-amerikanischen Patentschrift US-A-4.560.946 ist eine Brückenverstärkerschaltung bekannt, wie sie in der Einleitung von Anspruch 1 beschrieben wird.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Brückenverstärkerschaltung mit reduziertem Offset an den Ausgängen zu schaffen.

Eine erfindungsgemäße Brückenverstärkerschaltung umfasst die Merkmale von Anspruch 1.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Schaffung einer Kompensation der Signalschwankungen an dem Referenzeingang des zweiten Verstärkers ein Rückkopplungspfad von dem Ausgang des ersten Verstärkers zu dem genannten Referenzeingang geschaffen werden kann, um eine Offsetspannung zwischen den beiden Ausgängen zu reduzieren. Auf diese Weise kann der Vorteil des Rückkopplungspfades (d.h. Reduzierung der Offsetspannungen) beibehalten werden, ohne den üblichen Nachteil eines Rückkopplungspfades in Kauf nehmen zu müssen, nämlich eine verringerte Verstärkung der Verstärkerschaltung. Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass nur Signalschwankungen kompensiert werden. Das bedeutet, dass Verzerrungskomponenten, die in dem Ausgangssignal des ersten Verstärkers vorhanden sind, auch an dem genannten Referenzeingang und damit auch am Ausgang des zweiten Verstärkers vorhanden sind. Diese Verzerrungskomponenten sind nun im Gleichtaktmodus auf beiden Seiten der Last vorhanden, was bedeutet, dass die Verzerrungskomponenten in dem Signalstrom durch die Last erheblich reduziert werden.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brückenverstärkerschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rückkopplungspfad eine Impedanz beinhaltet und die Kompensationsmittel eine Stromquelle mit einem Stromwert umfassen, der proportional zum Eingangssignal ist.

Dies ist eine einfache Implementierung der erfindungsgemäßen Maßnahmen. Die Einfügung einer Impedanz in den Rückkopplungspfad ermöglicht die Verwendung einer einfachen eingangssignalabhängigen Stromquelle, die mit dem Referenzeingang gekoppelt wird, um die Signalschwankungen an diesem Eingang zu reduzieren. Indem dieser Strom proportional zu dem Eingangssignal gemacht wird, werden eventuelle Fehler/Verzerrungen oder Offset im Ausgangssignal des ersten Verstärkers, die aber nicht im Eingangssignal IN vorhanden sind, am Referenzeingang nicht reduziert. Dies hat eine Kompensation hiervon zur Folge, weil sie auf beiden Seiten der Last vorliegen.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brückenverstärkerschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus dem Impedanzwert und dem Stromwert so gewählt wird, dass eine Spannung an dem Referenzeingang des zweiten Verstärkers geschaffen wird, um eine durch den Ausgang des ersten Verstärkers an den genannten Referenzeingang gelieferte Signalspannung erheblich zu kompensieren. Der dem Referenzeingang zusammen mit der Rückkopplungsimpedanz zugeführte Signalstrom führt zu einer Spannung am Referenzeingang, die im Wesentlichen dem Produkt aus dem Widerstandswert und dem Signalstromwert entspricht. Indem der Wert dieses Produkts im Wesentlichen gleich der Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen, gewählt wird, wird diese Ausgangsspannung am Referenzeingang im Wesentlichen kompensiert, wodurch die Verstärkung der Schaltung maximiert wird. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Kompensation besteht darin, dass der Referenzeingang jetzt nur mit einer Spannung zu tun hat, die lediglich kleine Schwankungen aufweist, und nicht mit einer Spannung, die über einen breiten Bereich gehen kann. Hierdurch wird die Eingangsschaltung des ersten Verstärkers erheblich vereinfacht.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des ersten Verstärkers höher ist als die Verstärkung des zweiten Verstärkers. Indem der erste Verstärker mit einer höheren Verstärkung vorgesehen wird als der zweite Verstärker, wird der erste Verstärker schneller auf hohe Ausgangsspannungen gesteuert als der zweite Verstärker und wird daher der Verstärker mit der stärksten Verzerrung sein. Aufgrund der Anwesenheit des Rückkopplungspfads wird diese Verzerrung nicht in dem Signalstrom durch die Last vorhanden sein, da der Rückkopplungspfad sicherstellt, dass eine Verzerrungskomponente, die in der Ausgangsspannung des ersten Verstärkers vorhanden ist, auch in der Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers vorhanden sein wird. Diese Verzerrung ist also auf beiden Seiten der Last vorhanden und wird daher nicht in dem Strom durch die Last vorhanden sein. Durch diese Maßnahmen kann die Brückenverstärkerschaltung so angesteuert werden, dass etwas mehr Ausgangsleistung mit weniger Verzerrung erzeugt wird als in einer Brückenverstärkerschaltung möglich ist, in der die Verstärkungen beider Verstärker gleich sind (oder in der die Verstärkung des zweiten Verstärkers höher ist als die Verstärkung des ersten Verstärkers).

Die obige Aufgabe und die oben genannten Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

1 einen Schaltplan einer bekannten Brückenverstärkerschaltung;

2 einen Schaltplan einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brückenverstärkerschaltung;

3 einen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brückenverstärkerschaltung.

In den Figuren sind identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In 1 ist ein Schaltplan einer bekannten Brückenverstärkerschaltung dargestellt. Die Brückenverstärkerschaltung umfasst einen ersten Verstärker 1 mit einem nicht-invertierenden Signaleingang 101, einem invertierenden Referenzeingang 102 und einem Ausgang 103, einen zweiten Verstärker 2 mit einem invertierenden Signaleingang 202, einem nicht-invertierenden Referenzeingang 201 und einem Ausgang 203, eine Last 3 und eine Referenzspannungsquelle 4. Die Referenzeingänge 102 und 201 sind mit der Referenzspannungsquelle 4 verbunden. Die Signaleingänge 101 und 202 sind miteinander verbunden, um ein Eingangssignal IN zu erhalten. Das Eingangssignal IN wird durch den ersten und den zweiten Verstärker 1 und 2 verstärkt, die in einer Brückenkonfiguration arbeiten, um eine hohe Verstärkung zu erreichen. Die Last 3 ist zwischen die Ausgänge 103 und 203 geschaltet. Obwohl jeder Verstärker die gleiche Referenzspannung empfängt, ist es immer noch möglich, dass aufgrund von zum Beispiel Fehlanpassungen zwischen den beiden Verstärkern eine Offsetspannung zwischen den Ausgängen 103 und 203 vorhanden ist.

In 2 ist ein Schaltplan einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brückenverstärkerschaltung dargestellt. 2 unterscheidet sich in folgender Hinsicht von 1:

  • – der Referenzeingang 201 des zweiten Verstärkers 2 ist nicht mehr mit der Referenzspannungsquelle 4 oder dem Referenzeingang 102 des ersten Verstärkers 1 verbunden;
  • – eine Impedanz 5 ist zwischen den Ausgang 103 des ersten Verstärkers 1 und den Referenzeingang 201 des zweiten Verstärkers 2 geschaltet;
  • – eine Signalstromquelle 6 ist mit dem Referenzeingang 201 des zweiten Verstärkers 2 verbunden. Der Stromwert der Signalstromquelle 6 ist proportional zu dem Eingangssignal. Das Vorzeichen des durch die Signalstromquelle 6 gelieferten Stroms ist so beschaffen, dass sie eine Signalspannung am Referenzeingang 201 des zweiten Verstärkers 2 erzeugt, die in der Größe proportional, aber in Bezug auf das Vorzeichen oder die Polarität entgegengesetzt zu der von dem Ausgang 103 des ersten Verstärkers 1 über die Impedanz 5 gelieferten Signalspannung ist. Auf diese Weise fungiert die Signalstromquelle 6 als Kompensationsmittel zur Reduzierung der Signalschwankungen am genannten Referenzeingang 201. Vorzugsweise wird das Produkt aus dem Impedanzwert der Impedanz 5 und dem Stromwert der Signalstromquelle 6 so gewählt, dass die von dem ersten Verstärker 1 gelieferte genannte Signalspannung im Wesentlichen kompensiert wird. Jetzt werden nur die im Ausgangssignal des ersten Verstärkers 1 vorhandenen Verzerrungskomponenten und Offsetspannung an den Referenzeingang 201 des zweiten Verstärkers 2 rückgekoppelt. Das bedeutet, dass diese unerwünschten Komponenten jetzt auf beiden Seiten der Last 3 vorhanden sind und somit im Wesentlichen kein mit diesen unerwünschten Komponenten zusammenhängender Strom durch die Last 5 fließt. Da die Signalschwankungen am Referenzeingang 201 effizient kompensiert werden, ist keine Rückkopplung für Signalschwankungen vorhanden. Auf diese Weise ist der übliche Nachteil der Rückkopplung, nämlich eine reduzierte Verstärkung, nicht mehr vorhanden, und die Verstärkung der Brückenverstärkerschaltung ist im Wesentlichen die gleiche wie die Verstärkung der bekannten Brückenverstärkerschaltung ohne Rückkopplung. Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Eingangsschaltung des zweiten Verstärkers 2 einfach gehalten werden kann, da die Eingangsschaltung keine großen Spannungsschwankungen zu verarbeiten hat, zum Beispiel Spannungsschwankungen, die von der positiven Versorgungsspannung bis zur negativen Versorgungsspannung reichen und die in Reaktion auf ein großes Eingangssignal IN erzeugt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verstärkung des ersten Verstärkers 1 etwas höher als die Verstärkung des zweiten Verstärkers 2. Bei großen Eingangssignalpegeln bedeutet dies, dass es möglich ist, dass die Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers 2 kaum Verzerrungen enthält, während das Ausgangssignal des ersten Verstärkers 1 aufgrund der höheren Verstärkung des ersten Verstärkers 1 etwas (oder sogar starke) Verzerrungen enthält. Aufgrund der Rückkopplung werden diese Verzerrungen an das andere Ende der Last rückgekoppelt und es werden keine Verzerrungen im Strom durch die Last 3 vorhanden sein. Wenn die Verstärkungen von beiden Verstärkern gleich wären, und in dieser Situation sowie in der vorhergehenden Situation die Summe der Verstärkungen der Verstärker gleich wäre, kann es so sein, dass beide Ausgangssignale die gleichen Verzerrungen enthalten, von denen nur die Verzerrungen im Ausgangssignal des zweiten Verstärkers 2 aufgrund der Rückkopplung kompensiert werden. Obwohl also die Gesamtverstärkung nicht geändert wird, werden weniger Verzerrungen in dem Signal durch die Last 3 vorhanden sein, wenn die Verstärkung des ersten Verstärkers 1 mindestens etwas höher ist als die Verstärkung des zweiten Verstärkers 2. Es ist also möglich, eine höhere Gesamtverstärkung bei verringerter Verzerrung im Vergleich zu einer Schaltung zu erhalten, in der die Verstärkung des zweiten Verstärkers 2 der Verstärkung des ersten Verstärkers 1 entspricht oder größer ist als diese.

In 3 ist ein Schaltplan einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung dargestellt. Der erste und der zweite Verstärker 1 und 2 sind als Operationsverstärker konfiguriert, jeweils mit entsprechenden Rückkopplungsimpedanzen 9 und 8, die zwischen die entsprechenden Ausgänge 103 und 203 und die entsprechenden invertierenden Signaleingänge 101 und 202 geschaltet sind. Die Signalstromquellen 7 und 8 sind mit den Signaleingängen 101 bzw. 202 verbunden, um Signalströme an die jeweiligen Signaleingänge zu liefern, wobei die Stromwerte proportional zu dem Eingangssignal sind, aber jeweils entgegengesetzte Vorzeichen haben. Die Signalstromquellen 6 und 7 haben die gleichen Vorzeichen. Hier sind die Referenzeingänge 102 und 201 jeweils nicht-invertierende Eingänge. Das Produkt aus dem Impedanzwert von Impedanz 5 und dem Stromwert der Signalstromquelle 6 sollte vorzugsweise im Wesentlichen gleich dem Produkt aus dem Impedanzwert von Impedanz 9 und dem Stromwert der Signalstromquelle 7 sein. Das Produkt aus dem Impedanzwert der Impedanz 10 und dem Stromwert der Signalstromquelle 8 sollte vorzugsweise geringer sein als die anderen zuvor genannten Produkte, um eine niedrigere Signalverstärkung am Ausgang 203 als am Ausgang 103 zu realisieren und damit die Verzerrung zu reduzieren.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt. Die Vorzeichen der Eingänge können zum Beispiel alle umgekehrt werden, solange die beiden Verstärker Verstärkungen mit jeweils entgegengesetzten Vorzeichen haben. Die Referenzspannungsquelle 4 kann auf zahlreiche Weisen implementiert werden, da diese nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Außerdem braucht die Impedanz 4 kein Widerstand zu sein, sondern es kann sich auch um eine Spule oder eine Kombination von Elementen handeln, solange sie eine finite Impedanz für Gleichstrom liefert und zusammen mit den Kompensationsmitteln (mindestens) für eine Kompensation der Ausgangsspannung des ersten Verstärkers 1 am Referenzeingang 201 des zweiten Verstärkers 2 sorgt. Die Impedanzen 9 und 10 können durch geeignete Impedanznetzwerke zur Schaffung einer gewünschten Transferfunktion für den ersten und den zweiten Verstärker 1 und 2 ersetzt werden. Die Impedanz 5 kann auch durch ein geeignetes Impedanznetzwerk zur Schaffung einer gewünschten Rückkopplungskennlinie ersetzt werden, solange eine finite Impedanz für Gleichstrom geschaffen wird, um den Offset zu reduzieren.


Anspruch[de]
  1. Brückenverstärkerschaltung mit einem ersten (1) und einem zweiten Verstärker (2), die jeweils einen Signaleingang (101, 202), einen Referenzeingang (102, 201) und einen Ausgang (103, 203) besitzen, um einer zwischen die Ausgänge geschalteten Last (3) ein verstärktes Eingangssignal zuzuführen, wobei ein Rückkopplungspfad (5) von dem Ausgang des ersten Verstärkers zum Referenzeingang des zweiten Verstärkers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenverstärkerschaltung Kompensationsmittel (6) umfasst, die mit dem genannten Referenzeingang gekoppelt sind, der der nicht-invertierende Eingang des zweiten Verstärkers ist, um eine Signalspannung am Referenzeingang des zweiten Verstärkers abzuleiten, die in der Größe proportional, aber in der Polarität entgegengesetzt zu einer Signalspannung ist, welche von dem Ausgang des ersten Verstärkers geliefert wird, um die durch ein Ausgangssignal des ersten Verstärkers am Referenzeingang des zweiten Verstärkers verursachten Signalschwankungen zu reduzieren.
  2. Brückenverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsmittel eine Impedanz enthalten und die Kompensationsmittel eine Stromquelle mit einem Stromwert umfassen, der proportional zum Eingangssignal ist.
  3. Brückenverstärkerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus dem Impedanzwert und dem Stromwert so gewählt wird, dass eine Spannung an dem Referenzeingang des zweiten Verstärkers geschaffen wird, um eine durch den Ausgang des ersten Verstärkers an den genannten Referenzeingang gelieferte Signalspannung erheblich zu kompensieren.
  4. Brückenverstärkerschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des ersten Verstärkers höher ist als die Verstärkung des zweiten Verstärkers.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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