DE3126357A1 - Amplifier circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München ο« ρ j Q g g QCSiemens Aktiengesellschaft Our symbol Berlin and Munich ο «ρ j Q g g QC
Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung, bestehend aus der Serienschaltung eines vom Eingangssignal gesteuerten Verstärkungselements und eines Arbeitselements, wobei die Verbindung zwischen den beiden Elementen an die Signalausgangsklemme der Verstärkerschaltung geschaltet ist. Insbesondere handelt es sich dabei um NF-Leistungsverstärker. Das der Erfindung zugrunde liegende Problem soll nun anhand von solchen Verstärkern erläutert werden.The invention relates to an amplifier circuit consisting of the series connection of one of the input signal controlled reinforcement element and a working element, the connection between the two elements is connected to the signal output terminal of the amplifier circuit. In particular, it is NF power amplifier. The problem on which the invention is based is now intended to be based on such amplifiers explained.
Bekanntlich arbeiten NF-Verstärker meist im A-, oder im AB- oder im B-Betrieb, wie dies z.B. in dem Buch "Halbleiter-Schaltungstechnik" von Tietze-Schenk, 4. AuflageIt is well known that LF amplifiers work mostly in the A or in the AB or B operation, as for example in the book "Semiconductor Circuit Technology" by Tietze-Schenk, 4th edition
(1978) auf S. 346, 347 und 349 dargestellt ist. Der B-(1978) at p. 346, 347 and 349. The B-
• Betrieb hat den Vorteil eines guten Wirkungsgrades, aber auch den Nachteil der sog. Stromübernahme-Verzerrungen. Der Α-Betrieb hat den Vorteil, daß keine Stromübernahme-Verzerrungen auftreten, und den Nachteil eines schlechten Wirkungsgrades. Der AB-Betrieb stellt einen günstigen Kompromiß zwischen den beiden Betriebsarten A und B dar. Trotzdem gibt es in einer Reihe von Fällen, in denen ein im Α-Betrieb arbeitender Verstärker, z.B. ein Endverstärker, bevorzugt wird. Zum Beispiel bleibt man bei hochgezüchteten Hi-Fi-Verstärkern beim A-Betrieb und versucht unter - zum Teil hohen Aufwand - den Wirkungsgrad durch ausgeklügelte Schaltungsmaßnahmen zu verbessern. Ein Beispiel hierfür ist in "Funkschau"• Operation has the advantage of a good degree of efficiency, but also the disadvantage of so-called current transfer distortion. The Α operation has the advantage that no current transfer distortion occurs, and the disadvantage of a poor one Efficiency. The AB mode represents a favorable compromise between the two modes A and B Nevertheless, there are a number of cases in which an amplifier operating in Α mode, e.g. a Power amplifier, is preferred. For example, with sophisticated hi-fi amplifiers, you stick to A mode and tries, sometimes at great expense, to increase the efficiency by means of sophisticated switching measures to enhance. An example of this is in "Funkschau"
(1979) H. 20 S. 1169 beschrieben.(1979) H. 20 p. 1169.
Nun ist die Anwendung von im Α-Betrieb arbeitenden End-Stufenverstärkern umso interessanter, je kleiner die abzugebende Leistung ist. So bietet sich aus diesem Grunde für einen auf einen Kopfhörer arbeitenden NF-Ausgangsverstärker eine Schaltung für den Α-Betrieb an. Dazu istNow it is time to use final stage amplifiers working in Α mode the more interesting, the smaller the power to be delivered. This is the case for this reason a circuit for Α operation for a LF output amplifier working on headphones. Is to
noch festzustellen, daß die Anwendungsmöglichkeiten und auch die Integrierbarkeit von Α-Verstärkern umso
günstiger werden, je kleiner die zu erwartende Verlustleistung
ist.
5It should also be noted that the possible applications and also the integrability of Α amplifiers are the more favorable, the smaller the power loss to be expected is.
5
Die ursprüngliche Form eines im Α-Betrieb arbeitenden Verstärkers verwendet einen linearen Arbeitswiderstand als Arbeitselement. Ein Schaltbeispiel hierfür ist inThe original form of an amplifier operating in Α mode uses a linear working resistance as a work element. A circuit example for this is in
Figur 1 dargestellt.
10Figure 1 shown.
10
Das aktive Verstärkungselement, z.B. ein bipolarer Leistungstransistor, ist mit seiner stromführenden Strecke einerseits mit der einen Klemme der Versorgungsspannung U_ und andererseits über ein - z.B. durch einen Widerstand gegebenes - Arbeitselement R^ mit der anderen Klemme der Versorgungsspannung verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen dem verstärkenden Element AV und dem Arbeitselement RA führt - z.B.. über einen Koppelkondensator C-zu einer Signalausgangsklemme A, die über die Nutzlast R, , also einem Verbraucher, mit einer der beiden Versorgungsklemmen, z.B. der das Bezugspotential 0 V führenden Versorgungsklemme, verbunden ist.The active amplification element, for example a bipolar power transistor, is connected with its current-carrying path on the one hand to one terminal of the supply voltage U_ and on the other hand via a working element R ^ provided by a resistor to the other terminal of the supply voltage. The connection point between the reinforcing element AV and the working element R A leads - for example. Via a coupling capacitor C to a signal output terminal A, which is connected to one of the two supply terminals, for example the supply terminal carrying the reference potential 0 V, via the payload R, i.e. a consumer.
Die Erfahrung zeigt nun, daß der Wirkungsgrad sowie der Aussteuerbereich bei der üblichen Verwendung eines durch einen linearen Widerstand gegebenen Arbeitselements RA besonders gering ist. Bessere Ergebnisse erhält man bekanntlich, wenn man als Arbeitselement R^ eine Konstantstromquelle, z.B. in Form eines Stromspiegels, verwendet. Eine entsprechende Schaltung ist in Fig. 2 und das zugehörige Strom-Spannungs-Diagramm in Fig. 3 dargestellt.Experience now shows that the efficiency and the dynamic range are particularly low when a working element R A given by a linear resistance is normally used. As is well known, better results are obtained if a constant current source, for example in the form of a current mirror, is used as the working element R ^. A corresponding circuit is shown in FIG. 2 and the associated current-voltage diagram in FIG. 3 .
Bekanntlich ist die untere Grenze des Aussteuerbereiches dann erreicht, wenn
IV = I + I = 0As is known, the lower limit of the dynamic range is reached when
I V = I + I = 0
- γ- VPA 81 ρ t O 8 8 OE - γ- VPA 81 ρ t O 8 8 OE
ist. Dabei ist, wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, Iy der über das Verstärkungselement AV fließende Strom, L der Strom über das Arbeitselement R^, also die Konstantstrom quelle, und Ix der über die Nutzlast, also das Lastelement R, fließende Ausgangsstrom des Verstärkers. Die obe re Grenze des Aussteuerbereiches ist durch die Bedingungis. As can also be seen from FIG. 2, the Iy Current flowing through the gain element AV, L the current through the working element R ^, i.e. the constant current source, and Ix der on the payload, i.e. the load element R, flowing output current of the amplifier. The upper limit of the dynamic range is determined by the condition
gegeben, wobei U^ der Spannungsabfall längs des Arbeits-HQ elements, also z.B. längs des mit dem Verstärkerelement AV in Serie liegenden Teiles des Arbeitselements R^ und U_ die Versorgungsspannung bedeutet.given, where U ^ is the voltage drop along the working HQ elements, e.g. along the part of the working element R ^ and R which is in series with the amplifier element AV U_ means the supply voltage.
Der Aussteuerbereich erstreckt sich also von U^ = O bis UA = Us" Dat)ei-is'b der zeitliche Mittelwert der Stromaufnahme von der Aussteuerung in diesem Bereich unabhängig. Für den Mittelwert Ty des Stromes über das Verstärkerelement AV hat man dann die Beziehung: Ty = I. = const. Der Wirkungsgrad für die größtmögliche Sinusaussteuerung P0 unter idealisierten Bedingungen beträgt bei Verwendung einer Konstantstromquelle als Arbeitselement R. 25%.The modulation range extends from U ^ = O to U A = U s " Dat) ei - is ' b the time average value of the current consumption is independent of the modulation in this range. For the average value Ty of the current through the amplifier element AV one then has the relationship: Ty = I. = const. The efficiency for the greatest possible sinusoidal control P 0 under idealized conditions is 25% when using a constant current source as the working element.
Wie nun gemäß der Erfindung erkannt wurde, läßt sich durch eine geeignete Ausgestaltung bzw. Steuerung des oc- Arbeitselements Rn eine weitere Verbesserung hinsichtlieh des Wirkungsgrades erzielen.As has now been recognized according to the invention, a further improvement in terms of efficiency can be achieved through a suitable configuration or control of the oc working element R n.
Hierzu ist erfindungsgemäß bei der eingangs definierten Verstärkerschaltung das Arbeitselement derart ausgestal- __ tet bzw. gesteuert, daß es sich im Arbeitsbereich des Verstärkers als Widerstand mit fallender Strom-Spannungs-Kennlinie verhält.For this purpose, according to the invention, in the amplifier circuit defined at the outset, the working element is designed in such a way. __ tet or controlled that it is in the work area of the Amplifier behaves as a resistor with a falling current-voltage characteristic.
Bei Verwendung einer steuerbaren Stromquelle als Arbeits-,J. element R. bedeutet dies, daß dieses Element in Abhängigkeit von dem aufgrund der Serienschaltung mit dem Verstärkerelement AV bedingten Spannungsabfall längsWhen using a controllable power source as a working, J. element R. this means that this element depends on the due to the series connection with the Amplifier element AV caused voltage drop along
-X--X- VPA 31 P 1 O 8 8 OEVPA 31 P 1 O 8 8 OE
seiner stromführenden Strecke so gesteuert wird, daß mit einer Vergrößerung dieses Spannungsabfalls eine Abnahme der Stärke des von der Stromquelle RA gelieferten Stroms IA verbunden ist, während umgekehrt eine Abnahme des Spannungsabfalls UA eine Vergrößerung dieses Stroms IA zur Folge hat.its current-carrying path is controlled so that an increase in this voltage drop is associated with a decrease in the strength of the current I A supplied by the current source R A , while conversely a decrease in the voltage drop U A results in an increase in this current I A.
Bei einer Konstantstromquelle als Arbeitselement RA ist die Stromaufnahme ohne Aussteuerung und die mittlere Stromaufnahme bei Aussteuerung mindestens gleich dem maximalen Strom durch die Last.With a constant current source as the working element R A , the current consumption without modulation and the average current consumption with modulation is at least equal to the maximum current through the load.
Günstiger ist eine Schaltung, die den Strom durch das Arbeitselement dann erhöht, wenn der Strom durch die Last Rt wächst, weil dann die mittlere Stromaufnahme kleiner ist als der maximale Strom durch die Last. Dieses Verhalten ist gleichbedeutend mit der oben beschriebenen fallenden Strom-Spannungs-Kennlinie. Dabei arbeitet der Verstärker weiter im Α-Betrieb, wenn die Kennlinie des Arbeitselements im interessierenden Bereich linear ist.Cheaper is a circuit that the current through the working element then increased when the current through the load Rt increases, because then the mean current consumption is smaller than the maximum current through the load. This behavior is equivalent to the falling behavior described above Current-voltage characteristic. The amplifier continues to operate in Α mode if the characteristic curve of the working element is linear in the region of interest.
Mit dieser Voraussetzung kann die Arbeitskennlinie zur Reduzierung der mittleren Stromaufnahme soweit gedreht werden, daß bei UA = 0 der Strom durch das Arbeitselement gleich dem Strom durch das Lastelement R^ wird, und bei UA = U der Strom durch das Arbeitselement RA gleich Null ist, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Unmittelbar ergibt sich hieraus der folgende Zusammenhang:With this prerequisite, the working characteristic can be rotated to reduce the average current consumption so that at U A = 0 the current through the working element is equal to the current through the load element R ^, and at U A = U the current through the working element R A is the same Is zero as shown in FIG. The following relationship results directly from this:
1A = (Us-Ua)/<-Ra) mit (-RA> a V1L max Der Aussteuerbereich ist dabei nach unten durch die Bedingung 1 A = ( U s- U a) / <- R a) with ( - R A> a V 1 L max The modulation range is downward due to the condition
1V " 1A + 1L s ° bei UA - °
und nach oben durch
IA = 0 bei UA = U3 1 V " 1 A + 1 L s ° at U A - ° and through
I A = 0 at U A = U 3
begrenzt. Er erstreckt sich also wie bei den bekanntenlimited. So it extends like the known ones
8 '8th '
-X- VPA 81 P 1 088 OE-X- VPA 81 P 1 088 OE
und mit einer Konstantstromquelle als Arbeitselement arbeitenden Verstärkerschaltungen von UA = O bis UA = U3. Der Ruhearbeitspunkt wird zweckmäßig auf den Wert von U. = U_/2 gelegt, weil dann eine symmetrische Aussteuerung möglich ist. and amplifier circuits from U A = O to U A = U 3 operating with a constant current source as the working element. The idle working point is expediently set to the value of U. = U_ / 2, because then a symmetrical modulation is possible.
Der zeitliche Mittelwert Τγ der Stromaufnahme ist unabhängig von der Ansteuerung in diesem Bereich und beträgtThe time average value Τγ of the power consumption is independent of the control in this area and is
Tv - TA = IA(UA = Us/2) - 1L max:2·T v - T A = I A (U A = U s / 2) - 1 L max : 2
Der Mittelwert des durch das verstärkende Element AV flie ßenden Stromes Iy beträgt somit die Hälfte des maximal be nötigten Stromes durch die Nutzlast. R,. Der Wirkungsgrad bei größtmöglicher Sinusaussteuerung unter idealisierten Bedingungen ergibt sich zu γThe mean value of the current Iy flowing through the amplifying element AV is therefore half of the maximum be required current through the payload. R ,. The efficiency with the greatest possible sine modulation under idealized conditions, the result is γ
μ = ■ : = 0,5. μ = ■ : = 0.5.
Ί max T \ji 'J Ί max T \ j i ' J
Er ist damit doppelt so groß wie der Wirkungsgrad bei einer üblichen Verstärkerschaltung mit als Konstantstromquelle betriebenem Arbeitselement RA·It is therefore twice as high as the efficiency of a conventional amplifier circuit with a working element R A operated as a constant current source
In den oben gebrachten Beziehungen für IA kann anstelle der Versorgungsspannung U_ auch eine Referenzspannung Uref stehen, die größer als die Versorgungsspannung U ist. Dies bedeutet jedoch nur den Übergang von IA = const, auf die beschriebene Kennlinie.In the above relationships for I A , instead of the supply voltage U_, there can also be a reference voltage U ref that is greater than the supply voltage U. However, this only means the transition from I A = const to the characteristic curve described.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren 4a, 4b und 5 bis 9 näher beschrieben. Dabei sind in den Figuren 4a, 4b, 6 und 9 schaltungstechnische Möglichkeiten und in den übrigen Figuren die entsprechenden Diagramme gezeigt. The invention will now be described in more detail with reference to FIGS. 4a, 4b and 5 to 9. There are in the figures 4a, 4b, 6 and 9 show possible circuitry and the corresponding diagrams in the other figures.
In allen Fällen bedeutet eine Realisierung der Erfindung die Maßnahme der Verwendung eines Arbeitselementes RA, das durch den eigenen Spannungsabfall UA und eine Referenzspannung oder die Versorgungsspannung U derart ge-In all cases, a realization of the invention means the measure of using a working element R A , which by its own voltage drop U A and a reference voltage or the supply voltage U in such a way.
™A 81 P 1088 OE ™ A 81 P 1088 OE
derart gesteuert wird, daß bei fallendem ü« der Strom I. steigt und bei steigendem UA der Strom I^ sich erniedrigt, wie dies aus Fig. 4a und 5 ersichtlich ist. Im übrigen entspricht die Figur 4a der Darstellung in Figur 1 und Figur 2. Das Verstärkerelement AV kann z.B. ein bipolarer Transistor sein, dessen eine stromführende Elektrode an der Koppelkapazität C und am Arbeitselement R. und dessen andere stromführende Elektrode direkt oder über einen Widerstand an der einen Klemme der VersorgungsSpannungsquelle U liegt.is controlled in such a way that with falling the current I. rises and with increasing U A the current I ^ decreases, as can be seen from FIGS. 4a and 5. Otherwise, Figure 4a corresponds to the representation in Figure 1 and Figure 2. The amplifier element AV can be, for example, a bipolar transistor, one current-carrying electrode on the coupling capacitance C and on the working element R. and the other current-carrying electrode directly or via a resistor on the one terminal of the supply voltage source U is located.
In Figur 5 ist das zugehörige Kennliniefeld dargestellt und mit den erklärenden Beschriftungen versehen.The associated characteristic field is shown in FIG and provided with the explanatory labels.
Das Arbeitselement läßt sich auf verschiedene Weise realisieren« Beispielsweise ist in Figur 4b eine Realisierung unter Verwendung von Stromspiegelschaltungen gezeigt.The work element can be realized in different ways « For example, an implementation using current mirror circuits is shown in FIG. 4b.
Diese enthält einen aus zwei npn-Transistoren T1 und T2 bestehenden ersten Stromspiegel und einen aus zwei pnp-Transistoren T3> T4 bestehenden zweiten Stromspiegel. Dabei liegen die beiden pnp-Transistoren T3 und T4 mit ihren Emittern am Versorgungspotential U_ und die beiden npn-Transistoren T1 und T2 mit ihren Emittern am Bezugspotential (Masse). Das Verstärkerelement AV liegt mit dem dem Arbeitselement R. zugewandten Anschluß an ...This contains a first current mirror consisting of two npn transistors T1 and T2 and one consisting of two pnp transistors T3> T4 existing second current mirror. The two pnp transistors T3 and T4 are also included their emitters at the supply potential U_ and the two npn transistors T1 and T2 with their emitters at the reference potential (Dimensions). The amplifier element AV is with the connection facing the working element R. on ...
dem Kollektor des Transistors T1, während der als Diode geschaltete npn-Transistor T2 mit seiner Basis und seinem Kollektor sowie die Basis des npn-Transistors T1 am Kollektor des pnp-Transistors T3 des zweiten Stromspiegels T3, T4 angeschaltet ist. Die Basis des Transistors T3 und die Basis sowie der Kollektor des pnp-Transistors T4 sind über einen gemeinsamen Widerstand R1 mit dem Kollektor des npn-Transistors T1 des ersten Stromspiegels und damit mit dem zum Verstärkerelement AV führenden Ausgang des Arbeitselementsthe collector of the transistor T1, while the npn transistor T2 connected as a diode with its base and its collector and the base of the npn transistor T1 at the collector of the pnp transistor T3 of the second current mirror T3, T4 is switched on. The base of the transistor T3 and the base as well as the collector of the pnp transistor T4 are connected to the collector of the npn transistor via a common resistor R1 T1 of the first current mirror and thus with that of the amplifier element AV leading output of the work item
ΛφΛφ
'f-'f- VPA 81 P 1088 DEVPA 81 P 1088 DE
L, das durch die beiden komplementären Stromspiegel und den Widerstand R1 gegeben ist, verbunden.L, which is given by the two complementary current mirrors and the resistor R1, connected.
Ersichtlich gilt:
undObviously, the following applies:
and
1RI 1 RI
m.* = K · IR^ (K = Stromverstärkung)m. * = K I R ^ (K = current gain)
sowieas
1A= 1TI - 1RI 1 A = 1 TI - 1 RI
Es empfiehlt sich, die Stromverstärkung des ersten Stromspiegels T1, T2 möglichst groß einzustellen, damit die Hilfsströme 1^1 und I1J1 (siehe Fig. 5) den Wirkungsgrad der Schaltung nicht nennenswert beeinträchtigen.It is advisable to set the current gain of the first current mirror T1, T2 as large as possible so that the auxiliary currents 1 ^ 1 and I 1 J 1 (see FIG. 5) do not significantly impair the efficiency of the circuit.
In Figur β ist eine weitere Realisierung der Erfindung dargestellt. Dort ist das Yerstärkerelement AV durch einen Operationsverstärker OA1 üblicher Bauart zusammen mit Kondensatoren und Widerständen gegeben. Zum Beispiel kann ein System des vierfachen Operationsverstärkers TBB 0324 A (Siemens Datenbuch "Lineare Schaltungen 1981/82", S. 128 ff.) verwendet werden. Dieser Operationsverstärker wird hier so als 0A1 betrieben, daß von seiner Gegentaktendstufe nur der Strompfad, der den Ausgang mit der positiven Versorgungsklemme verbindet, benutzt wird.Another implementation of the invention is shown in FIG. There is the amplifier element AV by one Operational amplifier OA1 conventional design together with Capacitors and resistors given. For example, a system of the quadruple operational amplifier TBB 0324 A (Siemens data book "Lineare Schaltungen 1981/82", p. 128 ff.) Can be used. This op amp is operated here as 0A1 so that from its push-pull output stage only the current path that is the output connects to the positive supply terminal, is used.
Das Arbeitselement R^ mit negativem Widerstand besteht hier in erster Linie aus einem Differenzverstärker 0A2.The working element R ^ with negative resistance exists here primarily from a differential amplifier 0A2.
Hier kann z.B. ein zweites System der genannten integrierten Schaltung TBB 0324 A benutzt werden, v/obei von der Gegentaktendstufe nur der Strompfad, der den Ausgang mit der negativen Versorgungsklemme verbindet, benutzt wird. Das Arbeitselement enthält außerdem noch die Widerstände R2, R3 und R4.Here, for example, a second system of the mentioned integrated circuit TBB 0324 A can be used, v / obei from the Push-pull output stage only the current path that connects the output with the negative supply terminal is used. The working element also contains the resistors R2, R3 and R4.
If ρ 108 8 OEIf ρ 108 8 OE
Schaltungsmäßig ist aus Figur 6 folgendes zu ersehen: Das Signal S liegt zwischen zwei Eingangsklemmen, wobei die eine Klemme zugleich das Bezugspotential führt, während die andere Klemme über einen Kondensator C2 am nichtinvertierenden Signaleingang des das verstärkende Element AV bildenden Operationsverstärkers OA1 liegt. Ein aus den beiden Widerständen R7 und R8 bestehender Spannungsteiler teilt die Versorgungsspannung U_ auf etwa Ug/2 und liegt mit seinem Teilerpunkt über einen Widerstand R9 am nichtinvertierenden Signaleingang "+" des Operationsverstärkers OA1. Damit legt der Spannungsteiler aus R7 und R8 den Ruhearbeitspunkt fest. Die Verstärkung des Verstärkerelements AV wird durch den gegenkoppelnden Spannungsteiler aus R5 und Rö eingestellt, wobei der Widerstand R5 mit dem einen Ende am Ausgang des Operationsverstärkers OA1, der Widerstand R6 mit einem Ende an den verbundenen Anschlüssen der Widerstände R7 und R8 angeschlossen ist und die anderen Enden der Widerstände R5 und R6 verbunden und an den invertierenden Eingang "-" des Verstärkers 0A1 geschaltet sind. Schließlich liegt der Teilerpunkt zwischen den Widerständen R7 und R8 über einen Kondensator C1 an der das Bezugspotential führenden Versorgungsklemme.In terms of circuitry, the following can be seen from FIG. 6: The signal S lies between two input terminals, one terminal at the same time carrying the reference potential, while the other terminal is connected to the non-inverting signal input of the operational amplifier OA1 forming the amplifying element AV via a capacitor C2. A voltage divider consisting of the two resistors R7 and R8 divides the supply voltage U_ to approximately U g / 2 and its dividing point is connected to the non-inverting signal input "+" of the operational amplifier OA1 via a resistor R9. The voltage divider from R7 and R8 thus defines the idle working point. The gain of the amplifier element AV is set by the negative feedback voltage divider consisting of R5 and Rö, with one end of the resistor R5 connected to the output of the operational amplifier OA1, the resistor R6 connected to the connected terminals of the resistors R7 and R8 and the other Ends of resistors R5 and R6 are connected and connected to the inverting input "-" of amplifier 0A1. Finally, the dividing point between the resistors R7 and R8 is connected to the supply terminal carrying the reference potential via a capacitor C1.
Der Signalatisgang des verstärkenden Elements AV liegt .- entsprechend den Darstellungen gemäß den Figuren 1, 2, 4a und 4b über einen Koppelkondensator C an der Signalausgangsklemme A und damit am einen Eingang des Lastelements Ry, das im übrigen durch das Bezugspotential (0 V) beaufschlagt ist. Der Signalausgang des verstärkenden Elements AV, d.h. also der Signalausgang des Operationsverstärkers 0A1, ist außerdem mit dem Eingang des Arbeitselements R^ verbunden,The signalization of the amplifying element AV is .- according to the representations according to Figures 1, 2, 4a and 4b via a coupling capacitor C at the signal output terminal A and thus at one input of the load element Ry, which is otherwise through the reference potential (0 V) is applied. The signal output of the amplifying element AV, i.e. the signal output of the operational amplifier 0A1, is also connected to the input of the working element R ^,
Dieser Eingang des Arbeitselements R. ist durch den nichtinvertierenden Eingang "+" des Differenz-Operations-This input of the working element R. is through the non-inverting input "+" of the difference operation
4Ϊ4Ϊ
- </- VPA - </ - VPA
'' 81 P 1 O 8 8 DE81 P 1 O 8 8 DE
Verstärkers 0A2 gegeben, der überdies über einen Widerstand R2 mit dem Signalausgang dieses zweiten Operationsverstärkers 0A2 verbunden ist. Schließlich liegt der Signalausgang dieses zweiten Operationsverstärkers 0A2 über die Serienschaltung zweier Widerstände R3, R4 am ersten Betriebspotential Us und ein Punkt zwischen den beiden Widerständen R3, R4 am invertierenden Eingang "-" des zweiten Operationsverstärkers 0A2.Given amplifier 0A2, which is also connected via a resistor R2 to the signal output of this second operational amplifier 0A2. Finally, the signal output of this second operational amplifier 0A2 is connected to the first operating potential U s via the series connection of two resistors R3, R4 and a point between the two resistors R3, R4 is connected to the inverting input "-" of the second operational amplifier 0A2.
Der Ruhearbeitspunkt der Verstärkerschaltung gemäß Figur 6 ist durch die BedingungThe quiescent operating point of the amplifier circuit according to the figure 6 is by condition
R7 = R8
aufR7 = R8
on
Uc = Us/2U c = U s / 2
eingestellt; Der einen Bestandteil des Arbeitselements RA bildende Verstärker 0A2 wirkt als gesteuerte Stromquelle nach der Gleichungset; The amplifier 0A2 forming a component of the working element R A acts as a controlled current source according to the equation
1A = VR3/R2 = (Us " UA)«R3/(R2.R4). 1 A = V R 3 / R 2 = (U s "U A )« R3 / (R2.R4).
bemerkenswert ist, daß im Arbeitselement RA kein Kondensator erforderlich ist.It is noteworthy that no capacitor is required in the working element R A.
Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Erfindung im Vergleich zu den bisher gebrachten Ausführungsbeispielen abzuändern.There are various possibilities for the invention in comparison to the exemplary embodiments presented so far to change.
1.) Für einen beschränkten Aussteuerbereich läßt sich die Kennlinie des Arbeitselements RA anpassen und zwar so, daß an einem Ende des Aussteuerbereiches der Strom IA durch das Arbeitselement gleich Null wird. Dazu kann man in der Gleichung für den Arbeitsstrom IA, wie bereits angedeutet, die Speisespannung U durch eine beliebige Referenzsspannung U„_- mit U„ÖX U ersetzen, so daß man also1.) For a limited dynamic range, the characteristic of the working element R A can be adapted in such a way that the current I A through the working element becomes zero at one end of the dynamic range. For this purpose, in the equation for the working current I A , as already indicated, the supply voltage U can be replaced by any reference voltage U "_- with U" Ö XU, so that one
IA = (Uref - UA).R3/(R2-R4) hat. Diese Referenzspannung kann man mit bekannten Mitteln, z.B. durch Spannungsteilung aus der Speisespan-I A = (U ref - U A ) .R3 / (R2-R4) has. This reference voltage can be obtained by known means, e.g. by dividing the voltage from the supply voltage
/3/ 3
- /Kf - VPA- / Kf - VPA
8t P 1 O 8 8 OE8t P 1 O 8 8 OE
nung Ug erzeugen. Die Einführung der Referenzspannung ermöglicht eine Verminderung der Ruhestromaufnahme. Der Aussteuerbereich reicht dann von UA = O bis UA = u ref Α-Betrieb des Verstärkers (vgl. Fig. 7).generate voltage U g. The introduction of the reference voltage enables the quiescent current consumption to be reduced. The dynamic range then extends from U A = O to U A = U re for operation of the amplifier (cf. FIG. 7).
2.) Beim Betrieb der Verstärkerschaltung gemäß Figur 6 kann man weiter Leistung sparen, wenn man den A-Betrieb verläßt. Beispielsweise geschieht dies, indem entsprechend der beschriebenen ersten Variation 1.) eine Spannung U^ verwendet und dabei dennoch der volle Aussteuerbereich beibehalten wird. Man kommt dann zu einer Art AB-Betrieb, dessen elektrische Verhältnisse in Figur 7 dargestellt sind. Die Leistungsaufnahme in Ruhe ist dann durch2.) When operating the amplifier circuit according to FIG. 6 you can save more power if you use the A mode leaves. This is done, for example, by applying a voltage in accordance with the first variation 1.) described U ^ used and still the full control range is retained. A type of AB operation is then reached, the electrical conditions of which are shown in FIG are shown. The power consumption in rest is then through
P - U3. IA(UÄ=UC)P - U 3 . I A (U Ä = U C )
gegeben. Bei einer Aussteuerung mit UA > u ref nimnrt die Stromaufnahme zu.given. With a modulation with U A > u re f the current consumption increases.
3.) Man kann die Verzerrungen, die im Knickpunkt der Kennlinie von IA = f(UA) bei UA * u ref entstehen können, durch einen "weichen" Übergang der Kennlinie veringern, so daß diese das in Figur 8 dargestellte Aussehen erhält. Um dies zu erreichen kann man z.B. den zwischen dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 0A2 im Arbeitselement RA gemäß Figur 6 und dem ersten Versorgungspotential U liegenden Widerstand R4 entlinearisie-3.) The distortions that can arise at the kink of the characteristic curve of I A = f (U A ) at U A * u re f can be reduced by a "soft" transition of the characteristic curve, so that this is what is shown in FIG Appearance. In order to achieve this, for example, the resistor R4 lying between the inverting input of the differential amplifier 0A2 in the working element R A according to FIG. 6 and the first supply potential U can be de-linearized.
ren.ren.
Beispielsweise geschieht dies, indem man den Widerstand R4 durch die Serienschalturig zweier Widerstände R4a und R4b ersetzt, wobei R4b mit einer Diodenbeschaltung aus ei ner oder mehreren Dioden überbrückt ist. Man könnte aber auch den Widerstand R2 bzw. den Widerstand R3 zu dem genannten Zweck durch einen geeigneten nichtlinearen Widerstand ersetzen.For example, this is done by connecting the resistor R4 through the series circuit of two resistors R4a and R4b replaced, where R4b with a diode circuit made of egg one or more diodes is bridged. But you could also add the resistor R2 or the resistor R3 to the aforementioned Replace purpose with a suitable non-linear resistor.
VPAVPA
VPA81 P 1 O 8 8 OE VPA 81 P 1 O 8 8 OE
Bei der normalen Ausgestaltung einer Verstärkerschaltung gemäß Fig. 6 und unter Verwendung der Operationsverstärker aus dem Baustein TBB 0324 A für OA1 und 0A2 haben für einen Kopfhörer-Verstärker die Widerstände und Kondensatoren beispielsweise folgende Werte:In the normal configuration of an amplifier circuit according to FIG. 6 and using the operational amplifier from the block TBB 0324 A for OA1 and 0A2 have the resistors and capacitors for a headphone amplifier for example the following values:
R2 = 68 Ohm, R3 = 1 Kiloohm, R4 = 22 Kiloohm, R5 = 220 Kiloohm, R6 = 10 Kiloohm, R7 = 9 Kiloohm, R8 = 9 Kiloohm, R9 = 22 Kiloohm; C = 68,uF, C1 = 68,uF, C2 = 22 nF;R2 = 68 ohms, R3 = 1 kiloohm, R4 = 22 kiloohm, R5 = 220 Kilo ohms, R6 = 10 kilo ohms, R7 = 9 kilo ohms, R8 = 9 kilo ohms, R9 = 22 kilo ohms; C = 68, µF, C1 = 68, µF, C2 = 22 nF;
RL 740 0hm;
Us = 16 Volt;
1γ = 5,4 mA, Ts = 7,5 mA. R L 740 ohms;
U s = 16 volts;
1 γ = 5.4 mA, T s = 7.5 mA.
Dabei ist Ty das zeitliche Mittel des Stromes durch die Endstufe des Verstärkerelements OA1 und T das zeitliche Mittel des gesamten von der Versorgungsspannungsquelle U gelieferten Stromes. Von dem in dem genannten Baustein vorgesehenen vier Verstärkern werden im vorliegenden Fall nur zwei Verstärker benötigt, so daß die beiden anderen Verstärker für andere Aufgaben zur Verfugung stehen.Ty is the time average of the current through the Output stage of the amplifier element OA1 and T the temporal Average of the total current supplied by the supply voltage source U. From the one in the block mentioned provided four amplifiers, only two amplifiers are required in the present case, so that the other two Amplifiers are available for other tasks.
9 Figuren
1C& Patentansprüche9 figures
1C & claims
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813126357 DE3126357A1 (en) | 1981-07-03 | 1981-07-03 | Amplifier circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813126357 DE3126357A1 (en) | 1981-07-03 | 1981-07-03 | Amplifier circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3126357A1 true DE3126357A1 (en) | 1983-01-20 |
Family
ID=6136077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19813126357 Withdrawn DE3126357A1 (en) | 1981-07-03 | 1981-07-03 | Amplifier circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3126357A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0442573A1 (en) * | 1990-02-14 | 1991-08-21 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Current compensation circuit |
| EP0689284A3 (en) * | 1994-06-24 | 1996-01-17 | Motorola Inc |
-
1981
- 1981-07-03 DE DE19813126357 patent/DE3126357A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0442573A1 (en) * | 1990-02-14 | 1991-08-21 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Current compensation circuit |
| EP0689284A3 (en) * | 1994-06-24 | 1996-01-17 | Motorola Inc |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |