具有主放大器和至少一个从放大器的放大器设备

摘要

本发明提出一种用于放大至少一个第一和至少一个第二音频输入信号AES1、AES2、AES3、AESn的放大器设备1，其具有：主放大器V1，其中，主放大器构造为D类放大器，其中，在主音频输入端E1上存在第一音频输入信号AES1并且在主音频输出端A1上存在主音频输出信号AAS1；主反馈支路R1，从而主放大器构造为具有主振荡频率的自振荡D类放大器；至少一个从放大器V2、V3、Vn，其中，从放大器构造为D类放大器；从反馈支路R2、R3、Rn，其中，从音频输出信号AES2、AES3、AESn或其信号分量反馈到从音频输入端E2、E3、En中；以及主从耦合支路2，主音频输出信号或其信号分量作为耦合信号耦合输入到从音频输入端中，从而从放大器具有主振荡频率作为振荡频率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于放大至少一 个第一和至少一个第二音频输入信号的放大器设备。

背景技术

用于音频的放大器以多种结构类型已知。特别高效的放大器类型是D 类结构类型的放大器。

在该放大器中，将进入的音频信号与周期性的信号——例如三角信号 在比较器中进行比较，其中，比较器输出脉宽调制信号作为比较的结果。 该脉宽调制信号随后在开关工作的放大器中被放大。经放大的脉宽调制信 号被引导通过低通滤波器，以便又已经存在音频信号作为输出信号。

D类结构形式的上述放大器的特殊形式表示自振荡D类结构类型的放 大器。

确实形成最接近的现有技术的出版文献EP 2221964A1涉及D类结构 类型的这样的放大器，其中，这些放大器具有反馈信号路径，其中，输出 信号反馈到放大器的输入端中并且放大器基于反馈产生自振荡。这样的放 大器也可以相互并行地设置，以便实现多个通道并且由此放大多个不同的 音频信号。

发明内容

在本发明的范围中提出了一种具有权利要求1的特征的放大器设备。 本发明的优选或有利的实施方式由从属权利要求、以下说明书以及附图得 出。

根据本发明的放大器设备适合和/或构造用于放大至少一个第一和至 少一个第二音频输入信号。根据通道的数量，放大器设备也可以构造用于 放大另外的音频输入信号。优选地，所述音频输入信号分别相互不同地构 造。

放大器设备包括主放大器，其中，主放大器构造为D类放大器。该主 放大器具有主音频输入端和主音频输出端。

在主音频输入端上存在第一音频输入信号。在主音频输出端上存在经 放大的第一音频信号或经放大的经脉宽调制的第一音频信号作为主音频输 出信号。尤其是，主音频输出端可以选择在开关放大器之后并且在低通滤 波装置之前或者在开关放大器之后并且在低通滤波装置之后设置。只要在 本说明书中谈及主音频输出端，可以分别意指经放大的音频输入信号的或 经放大的经脉冲调制的音频输入信号的输出端。

主放大器包括主反馈支路，其中，主音频输出信号尤其如上所述可选 择地经放大的第一音频输入信号或经放大的经脉宽调制的第一音频输入信 号或者其信号分量反馈到主音频输入端中。例如主音频输出信号或者其信 号分量与第一音频输入信号相加。主放大器尤其在无用于周期性信号的发 生器的情况下构造用于脉宽调制。因此，主放大器构造为具有主振荡频率 的自振荡D类放大器，其中，通过主反馈支路实现自振荡。主振荡频率尤 其可以与D类放大器的开关频率相同地设置。

放大器设备还包括至少一个从放大器，其中，从放大器构造为D类放 大器并且具有从音频输入端和从音频输出端。

在从音频输入端上存在第二音频输入信号，而在从音频输出端上存在 从音频输出信号。从音频输出信号可以涉及经放大的第二音频输入信号或 经放大的经脉宽调制的第二音频输入信号。因此，从音频输出端位于开关 放大器之后并且可选择在从放大器的低通滤波装置之前或之后。

从放大器具有从反馈支路，所述从反馈电路将从音频输出信号或其信 号分量反馈到从音频输入端中。主放大器和从放大器尤其结构相同地构造。

在本发明的范围中提出，放大器设备具有主从耦合支路，该主从耦合 支路形成在主音频输出端与从音频输入端之间的信号路径，其中，主音频 输出信号或其信号分量作为耦合信号耦合输入到至少一个从放大器的从音 频输入端中，从而从放大器具有主振荡频率作为振荡频率、尤其是电路频 率。因此从放大器同样构造为自振荡D类放大器，然而其中，通过主从耦 合支路在从放大器中将主振荡频率激励为振荡频率。

原则上自振荡D类放大器可以以不同的振荡频率振荡。可能的振荡频 率的选择通过D类放大器的结构预给定，然而也可以启用不同的模式。如 果现在多个自振荡D类放大器并行地并且非耦合地一起运行，则可能的是， 这些放大器具有不同的振荡频率或者切换振荡频率并且由此在整体上降低 音频输出信号的音频质量。出于该原因有利的是，这些D类放大器相互耦 合，以便实现共同的振荡频率。该耦合在本发明中通过以下方式实现：主 放大器不仅将主音频输出信号反馈到自身，而且还作为耦合信号耦合输入 到一个或多个从放大器中，从而这些从放大器采用主振荡频率作为优选振 荡频率。

因此特别优选的是，至少一个从放大器通过耦合与主放大器同步，从 而主音频输出信号的高频部分、尤其是主振荡频率信号与从音频输出信号 的一个或多个高频部分、尤其是振荡频率部分成不变的相位关系。通过耦 合和/或同步实现了，可以极其有效地抑制在振荡频率或相位偏移中的突然 切换以及例如由此触发的在从放大器与主放大器之间的颤动(Schwebung)。

在本发明的优选的扩展方案中，放大器设备包括多个从放大器，例如3 个、4个、5个或更多个从放大器。多个从放大器通过主从耦合支路与主放 大器耦合，从而多个从放大器分别具有主振荡频率作为振荡频率。

从放大器特别优选相互并行地设置在主从耦合支路上，从而在每一个 从放大器上或者在相应的从放大器的每一个从反馈支路上存在相同的耦合 信号。通过该配置确保主放大器与每一个从放大器并且因此各从放大器相 互间同步。

特别优选地设置，主放大器和一个或多个从放大器结构相同地构造。 该实施方案强调：放大器设备的各个通道——其通过主放大器以及一个或 多个从放大器形成——原则上应该等价地构造，具有的区别在于，主放大 器预给定主振荡频率作为用于从放大器的振荡频率。

在本发明的一种优选实现中，在主从耦合支路中设有高通滤波装置， 其中，耦合信号构造为经高通滤波的主音频输出信号。该构型所基于的考 虑在于，在放大器之间、亦即主放大器与至少一个从放大器之间和/或在通 道之间应该避免音频输入信号的串扰。出于该原因，通过高通滤波装置滤 除主音频输出信号的位于可听范围中的信号分量并且仅仅允许具有例如大 于30千赫兹、优选大于60千赫兹的频率的信号分量通过。此外，这些信 号分量适用于音频输入信号的调制、尤其是脉宽调制。

在本发明的一种优选实现中，高通滤波装置至少二阶地构造，以便实 现：在主音频输出信号中可听的信号分量的衰减特别大幅并且有效地衰减。

特别优选地，耦合信号无反馈地耦合输入到一个或多个从音频输入端 中。通过该实现方案实现了：从音频输入信号或从音频输出信号不通过主 从耦合支路反馈到主放大器中。该构型确保：主放大器始终是限定共同的 振荡频率的放大器并且该功能不可以通过由从放大器的反馈获得。

可选地补充地设置，主从耦合支路如此无反馈，使得也排除在从放大 器相互间的反馈。

在本发明的一种优选的电路技术实现中，主从耦合支路具有用于将耦 合信号无反馈地耦合输入到从音频输入端中的解耦装置。该解耦装置例如 包括运算放大器，该运算放大器无反馈地连接。在本发明的可能的扩展方 案中，从放大器中的每一个配置有一个这样的解耦装置，以便避免在从放 大器之间音频信号的耦合。

在本发明的一种优选构型中设置，主放大器和/或从放大器具有大于10 瓦特的输出功率，其中，该输出功率作为在供以rosa噪音的情况下根据 DIN45324在连接额定阻抗的情况下最大可提供的持续功率。音频放大器设 备尤其构造用于放大一个音频源的或多个音频源的信号，例如播放器、多 个麦克风和/或仪器中的拾音器。

附图说明

本发明的另外的特征、作用和优点由本发明的优选实施例的以下描述 以及附图得出。其中：

图1：作为本发明的一个实施例的放大器设备的示意方框图。

具体实施方式

图1以示意性方框图示出放大器设备1。放大器设备1用于将音频输入 端E1、E2、E3、En上的第一、第二、第三并且必要时第n个音频输入信 号AES1、AES2、AES3、AESn转换为音频输出端A1、A2、A3、An上的 音频输出信号AAS1、AAS2、AAS3、AASn，其中，音频输出信号AAS1、 AAS2、AAS3、AASn分别构造为经放大的音频输入信号或者经放大的经脉 宽调制的音频输入信号。信号路径AES1-AAS1、AES2-AAS2、AES3-AAS3、 AESn-AASn中的每一个形成一个通道I、II、III、n。

在通道I、II、III、n中的每一个中设置放大器V1、V2、V3、Vn，其 中，放大器V1、V2、V3、Vn中的每一个构造为D类放大器。放大器V1、 V2、V3、Vn中的每一个具有一个所分配的开关放大器S1、S2、S3、Sn， 所述开关放大器包括至少一个功率开关。此外，放大器V1、V2、V3、Vn 中的每一个还具有一个所分配的反馈支路R1、R2、R3、Rn，所述反馈支 路将音频输出信号AAS1、AAS2、AAS3、AASn由音频输出端A1、A2、 A3、An反馈到放大器V1、V2、V3、Vn的音频输入端E1、E2、E3、En。

根据所述构造，可以在音频输出端A1、A2、A3、An之前分别设置一 个低通滤波装置TP，从而输出信号AAS1、AAS2、AAS3、AASn分别构 造为经放大的音频输入信号。对此替代地，低通滤波装置TP在音频输出端 A1、A2、A3、An之后才设置，从而音频输出信号AAS1、AAS2、AAS3、 AASn构造为经放大的经脉宽调制的音频输入信号。

在音频输入端E1、E2、E3、En上将所反馈的音频输出信号AAS1、 AAS2、AAS3、AASn与音频输入信号AES1、AES2、AES3、AESn相加 并且提供给开关放大器S1、S2、S3、Sn。通过反馈支路R1、R2、R3、Rn 将放大器V1、V2、V3、Vn作为自振荡放大器进行控制，从而对于脉宽调 制必要的信号通过自振荡产生并且维持。

然而，放大器V1、V2、V3、Vn尽管相同的构造但是在运行中可以采 用不同的振荡频率并且此外在运行中可以切换振荡频率。在此，例如部件 公差、温度影响或功率提取在放大器V1、V2、V3、Vn中可能导致振荡频 率的变化。

为了实现放大器V1、V2、V3、Vn以相同的振荡频率工作，放大器设 备1构造为主从设备，其中，在示出的实施例中放大器V1可以称为主放大 器V1，从而其反馈支路R1可以称为主反馈支路，其音频输出端A1可以 称为主音频输出端A1，其音频输出信号AAS1可以称为主音频输出信号 AAS1，并且其音频输入端E1可以称为主音频输入端E1。作为自振荡D类 放大器的主放大器V1的振荡频率称为主振荡频率。与此相反，放大器V2、 V3、Vn构造为从放大器V2、V3、Vn，从而其反馈支路R2、R3、Rn可以 称为从反馈支路R2、R3、Rn，其音频输出端A2、A3、An可以称为从音 频输出端A2、A3、An，其音频输出信号AAS2、AAS3、AASn称为从音 频输出信号AAS2、AAS3、AASn，而其音频输入端E2、E3、En可以称为 从音频输入端E2、E3、En。

从主音频输出端A1出发设置主从耦合支路2，该主从耦合支路将主音 频输出信号AAS1或其信号分量作为耦合信号引导到称为从放大器的放大 器V2、V3、Vn的反馈支路R2、R3、Rn中。然而，在此不传输完整的主 音频信号AAS1，而是仅仅转发经高通滤波的主音频输出信号AAS1作为耦 合信号，其中，在主放大器V1的音频输出端A1与到从放大器V2、V3、 Vn的反馈支路R2、R3、Rn的输入端之间设置高通滤波装置3。

高通滤波装置3具有以下截止频率：该截止频率显著位于可听范围之 上，也就是在30千赫兹或60千赫兹之上。高通滤波装置3例如构造为更 高阶的滤波装置，亦即至少二阶，以便确保在主音频输出信号AAS1中抑 制音频输入信号AES1的音频部分，以便抑制主音频输入信号AES1从通 道I到其他通道II、III、n的串扰。

经高通滤波的主音频输出信号1的耦合输入可以在反馈支路R2、R3、 Rn的区域中或者在音频输入端E2、E3、En上实现。最后重要的是，将经 高通滤波的主音频输入信号AAS1加到音频输入信号AES2、AES3、AESn， 从而具有在经高通滤波的主音频输入信号AAS1中存在的主振荡频率的信 号分量加到音频输入信号AES2、AES3、AESn上，以便激励从放大器V2、 V3、Vn以相应于主振荡频率的振荡频率进行自振荡。

因此，通过主从耦合支路2实现了，从放大器V2、V3、Vn和主放大 器V1在运行中具有相同的振荡频率，亦即主振荡频率。此外，主放大器 V1的振荡频率和从放大器V2、V3、Vn的振荡频率可以彼此位于确定的和 /或不变的相位位置中。

在此设置，高通滤波装置3无反馈地构造，从而没有信号部分由从放 大器V2、V3、Vn朝主放大器V1的方向反馈。例如高通滤波装置3可以 具有解耦装置，所述解耦装置具有运算放大器。可选地附加地可以设置， 在每一个从放大器V2、V3、Vn之前设置另一解耦装置(未示出)，以便避 免在从放大器V2、V3、Vn之间音频输入信号AES2、AES3、AESn的串 扰。

放大器设备1的特别的优点在于，耦合、尤其同步仅仅沿一个方向、 亦即从主放大器V1到从放大器V2、V3、Vn地实现。由此可以确定，主 放大器V1以通道I形成引导通道。此外，不存在引导通道I受其他通道II、 III、n的损害。通过引导通道I理论上可以耦合、尤其是同步任意多个通道 II、III、n。耦合、尤其是同步可以通过有利的标准构件实现。耦合、尤其 是同步仅仅在可听范围之外的高频范围中实现，在低频范围中的有用信号 通过高通滤波装置3大幅抑制并且因此不传输到其他通道II、III、n上。

在运行中量取引导通道I的主音频输出信号AAS1。通过高通滤波装置 3从主音频输出信号AAS1提取开关频率作为振荡频率，从而在经高通滤波 的主音频输出信号AAS1中随后不包含音频输入信号AES1的有用信号的 值得关注的部分。如此获得的信号——其相应于经高通滤波的主音频输出 信号AAS1——在适合的位置上无反馈地例如借助于运算放大器馈入到任 意多个通道II、III、n的反馈R2、R3、Rn中。因此所有通道I、II、III、n 以正好相同的开关频率运行，其中，始终仅仅通道I作为引导通道。此外， 对此不需要大的功率构件，因为耦合、尤其是同步仅仅在小信号分量中实 现。