DE4224582C1

DE4224582C1 - Audio amplifier circuit using operational amplifiers - has capacitors coupling outputs of subtractor and inverter amplifier to inputs of opposite amplifier to provide symmetrical characteristic

Info

Publication number: DE4224582C1
Application number: DE19924224582
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Wandel & Goltermann Kommunikat
Current assignee: Wandel & Goltermann Kommunikat
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2012-07-23

Abstract

The circuit has an operational amplifier (XS1) acting as a subtractor and a second operational amplifier (XS2) acting as an inverter. The output (3) of the first amplifier is coupled to the inverting input (5) of the second amplifier. The output (6) of the latter is coupled to the non-inverting input (2) of the first amplifier, which is coupled to earth via a capacitor (C2). Respective capacitors (C1, C3, C4) provide a feedback signal between the output (3) of the first amplifier and its inverting input (1) and couple the amplifier outputs (3, 6) to the inverting and non-inverting inputs (5,2) of the opposite amplifier. ADVANTAGE - Ensures constant symmetry characteristic of audio amplifier over audio frequency range.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Audioverstärkerschaltung mit einem als Subtrahierer geschalteten ersten Operations verstärker und einem als Inverter geschalteten zweiten Operationsverstärker gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.The invention relates to an audio amplifier circuit with a first operation switched as a subtractor amplifier and a second one connected as an inverter Operational amplifier according to the preamble of the patent saying 1.

Bekannt sind als Subtrahierer geschaltete Operationsver stärker. Dabei sind die Operationsverstärker als mono lithische Schaltkreise im Handel erhältlich (z. B. OP-285 der Firma Analog Devices). Die zu verstärkende Differenzspannung wird über jeweils einen Widerstand an die Eingänge des Operationsverstärkers angelegt, wobei die Ausgangsspannung über eine Widerstandsschaltung auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers zurückgeführt wird. Um ein oszillatorisches Verhalten bei höheren Frequenzen durch eine frequenzabhängige Phasenverschiebung der Ausgangsspannung gegenüber der Eingangsspannung zu vermeiden, wird eine Kapazität parallel zum Rückkopplungswiderstand geschaltet. An den nichtinvertierenden Eingang ist ein Widerstand nach Erde geschaltet. Diesem Widerstand kann auch eine Kapazität parallel zugeordnet sein, um das Frequenzverhalten des Verstärkers zu beeinflussen und zu verbessern. Eine derartige Verstärkerstufe verstärkt die Differenz der beiden Eingangsspannungen. Der ersten Verstärkerstufe kann eine zweite Verstärkerstufe linear nachgeschaltet sein, z. B. ein Inverter, um eine Schaltung mit einem symmetrischen Ausgang zu erzeugen (siehe: Tietze, Schenk, "Halbleiter-Schaltungs technik", Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, korrigierter Nachdruck der 3. Auflage, 1976, Seiten 196 f.; Mennenga, "Schaltungstechnik mit Operationsverstärkern", VEB Verlag Technik Berlin, 2., durchgesehene Auflage, 1981, Seiten 70 ff.; Dostal, "Operationsverstärker", VEB Verlag Technik Berlin, 1986 , Seiten 268 ff; R. Adam, R. Kratzsch: "S 2000: Gerätesortiment und analoge Schaltungstechnik des neuen DCA-Tonstudiosystems" in "Technische Mitteilungen des RFZ", 34. Jg., Heft 4 (1990), S. 73 ff.).Switched operations ver are known as subtractors stronger. The operational amplifiers are mono lithic circuits commercially available (e.g. OP-285 der Analog Devices). The differential voltage to be amplified is connected to the inputs of the Operational amplifier applied, the output voltage via a resistance circuit on the inverting Input of the operational amplifier is fed back. To a oscillatory behavior at higher frequencies by a frequency-dependent phase shift of the output voltage avoiding the input voltage will be a Capacitance connected in parallel to the feedback resistor. A resistor is connected to the non-inverting input Earth switched. This resistor can also have a capacitance be assigned in parallel to the frequency behavior of the To influence and improve the amplifier. A such amplifier stage amplifies the difference between the two Input voltages. The first amplifier stage can be a second amplifier stage can be connected downstream, z. B. a Inverter to a circuit with a balanced output to generate (see: Tietze, Schenk, "semiconductor circuit technology ", Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, corrected reprint of the 3rd edition, 1976, pages 196 f .; Mennenga, "Circuitry with operational amplifiers", VEB Verlag Technik Berlin, 2nd, revised edition, 1981, Pages 70 ff .; Dostal, "operational amplifier", VEB Verlag Technik Berlin, 1986, pages 268 ff; R. Adam, R. Kratzsch: "S 2000: Device range and analog circuitry of the new DCA recording studio system "in" Technical Announcements by RFZ ", 34th vol., Volume 4 (1990), p. 73 ff.).

Aus der JP 59-100606 A ist ein rückgekoppelter Verstärker mit Differential-Eingang und Differential-Ausgang bekannt. Mit der vorgeschlagenen Schaltung kann jedoch das Frequenz verhalten des Verstärkers im gesamten Tonfrequenzbereich nicht ausreichend beeinflußt werden, bei höheren Frequenzen wird eine frequenzabhängige Phasenverschiebung der Ausgangs spannung gegenüber der Eingangsspannung auftreten. Die vorgeschlagene Lösung geht von idealen Bauelementen aus, der Einsatz realer Bauelemente hat zwangsläufig eine Phasen verschiebung zur Folge.JP 59-100606 A is a feedback amplifier known with differential input and differential output. With the proposed circuit, however, the frequency behavior of the amplifier in the entire audio frequency range are not sufficiently influenced at higher frequencies becomes a frequency-dependent phase shift of the output voltage compared to the input voltage. The proposed solution is based on ideal components, the The use of real components inevitably has a phase shift resulting.

Nachteilig bei allen bekannten Audioverstärkern ist, daß die Schaltungen bei maximaler Eingangsgleichtaktunterdrückung keine optimale Ausgangssymmetrie aufweisen. Bei bekannten Schaltungen mit optimierter Ausgangswiderstandssymmetrie ist meistens wegen der Phasenabweichungen zwischen Eingang und Ausgang des zweiten Operationsverstärkers keine optimale Ausgangsspannungssymmetrie erreichbar. Die Ausgangsspan nungssymmetrie ist im Normalfall frequenzabhängig, so daß über den gesamten Tonfrequenzbereich das Symmetrieverhalten nicht konstant ist.A disadvantage of all known audio amplifiers is that the Circuits with maximum input common mode rejection do not have optimal output symmetry. At acquaintances Circuits with optimized output resistance symmetry mostly because of the phase deviations between input and Output of the second operational amplifier is not optimal Output voltage symmetry achievable. The initial chip voltage symmetry is usually frequency dependent, so that the symmetry behavior over the entire audio frequency range is not constant.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, einen Audioverstärker mit hoher Eingangsgleichtaktunterdrückung und gleichermaßen hoher Ausgangsspannungssymmetrie zu schaffen, der unter Vermeidung der aufgeführten Nachteile ein konstantes Symmetrieverhalten über den Tonfrequenz bereich aufweist.The invention is therefore based on the object Audio amplifier with high input common mode rejection and equally high output voltage symmetry create the while avoiding the disadvantages listed a constant symmetry behavior over the tone frequency area has.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird das durch den zweiten Operationsverstärker, der als Inverter geschal tet ist, phasenumgekehrte Signal über eine Widerstandsserie auf den nichtinvertierenden Eingang dem als Subtrahierer ge schalteten ersten Operationsverstärker gegeben. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers bildet mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers einen Gegentaktausgang. Weiter hin bewirken die eingesetzten Kapazitäten eine Frequenzkom pensation. Insbesondere wird durch die Beschaltung der zwei ten Stufe mit den Kapazitäten C₃ und C₄ eine Phasenkompensa tion vorgenommen, die für eine im Audiobereich frequenzunab hängige hohe Ausgangsspannungsunsymmetriedämpfung unter Berücksichtigung der parasitären Kapazitäten des zweiten Operationsverstärkers sorgt. Die erfindungsgemäße Schaltung weist eine hohe Eingangsgleichtaktunterdrückung, die genann te hohe Unsymmetriedämpfung der Ausgangsspannungen sowie eine große Symmetrie der Ausgangsscheinwiderstände, einen kleinen Ausgangsscheinwiderstand, eine große Klirrdämpfung und einen geringen Bauelementeaufwand auf. Weiterhin können mit der erfindungsgemäßen Schaltung große kapazitive Lasten getrieben werden.This object is achieved by the characterizing features of patent claim 1. According to the invention, the phase-reversed signal is given by the second operational amplifier, which is switched as an inverter, via a series of resistors to the non-inverting input of the first operational amplifier connected as a subtractor. The output of the second operational amplifier forms a push-pull output with the output of the first operational amplifier. The capacities used also cause frequency compensation. In particular, by connecting the second stage with the capacitances C ₃ and C _4, a phase compensation is carried out, which ensures a frequency-independent high output voltage asymmetry attenuation in the audio range, taking into account the parasitic capacitances of the second operational amplifier. The circuit according to the invention has a high common mode rejection, the so-called high asymmetry attenuation of the output voltages and a large symmetry of the output impedance, a small output impedance, a large amount of distortion and a low component expenditure. Furthermore, large capacitive loads can be driven with the circuit according to the invention.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention result itself from the subclaims.

Die erfindungsgemäße Audioverstärkerschaltung ist nachfol gend anhand einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. The audio amplifier circuit according to the invention is the following illustrated based on a preferred embodiment.

Dabei sind die beiden Schaltungen identisch, nur die Form der Darstellung ist verschieden.The two circuits are identical, only the shape the presentation is different.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Schaltbild der symmetrischen Audioverstärker schaltung und Fig. 1 is a circuit diagram of the balanced audio amplifier circuit and

Fig. 2 die Audioverstärkerschaltung in einer anderen Darstellung. Fig. 2 shows the audio amplifier circuit in another representation.

Die Fig. 1 zeigt den zwei Operationsverstärker XS1 und XS2 umfassenden Audioverstärker. Das an den Punkten Ea und Eb eingespeiste NF-Signal gelangt über die Widerstände R1 und R8 an die Eingänge 1 und 2 des ersten Operationsverstärkers XS1. Dieser stellt mit seiner Beschaltung R1, R2, R3 sowie R6, R7 und R8 einen Subtrahierer dar. Die Rückkopplung des ersten Operationsverstärkers XS1 wird durch die Serien schaltung von R2 und R3 gebildet. Zur Frequenzkompensation ist zwischen dem invertierenden Eingang 1 und dem Ausgang 3 des ersten Operationsverstärker 1 eine Kapazität C1 geschal tet. Eine weitere Kapazität C2, die ebenfalls der Frequenz kompensation dient, führt von dem nichtinvertierenden Ein gang 2 des Operationsverstärkers XS1 an Erde. Das Ausgangs signal dieser durch den Subtrahierer gebildeten ersten Stufe des Audioverstärkers wird über einen Widerstand R9 auf den Ausgang Ab der ersten Stufe gegeben. Diese erste Stufe wird durch den als Inverter geschalteten zweiten Operationsver stärker XS2 erweitert, dessen Rückkopplung zwischen dem invertierenden Eingang 5 und dem Ausgang 6 durch einen Widerstand R5 gebildet wird. Das Ausgangssignal der ersten Stufe wird über einen weiteren Widerstand R4 auf den inver tierenden Eingang 5 des zweiten Operationsverstärkers XS2 gegeben, dessen nichtinvertierender Eingang 4 auf Erde gelegt ist. Über einen Widerstand R10 gelangt das inver tierte Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers XS2 auf den Schaltungsausgang Aa. Gleichzeitig wird der Ausgang 6 des zweiten Operationsverstärkers XS2 über den Widerstand R10 mit der Widerstandskette R6 und R7 verbunden, so daß das am Ausgang Aa anstehende Ausgangssignal über die serielle Kette der Widerstände R6 und R7 auf den nichtinvertierenden Eingang 2 des ersten Operationsverstärkers XS1 geschaltet ist. Zur Phasenkompensation der zweiten Stufe wird zwischen dem invertierenden Eingang 5 und dem Ausgang 6 des zweiten Operationsverstärkers eine Kapazität C4 geschaltet. Eine weitere Kapazität C3 liegt parallel zu dem Widerstand R4 und verbindet den invertierenden Eingang 5 des zweiten Opera tionsverstärkers XS2 mit dem Ausgang 3 des ersten Operati onsverstärkers XS1. Um ein frequenzunabhängiges Verhalten der Audioverstärkerschaltung zu erreichen, werden die Werte der vier Kapazitäten C1 bis C4 unter Berücksichtigung der parasitären Kapazitäten der beiden Operationsverstärker festgelegt. Fig. 1 shows the two operational amplifiers XS1 and XS2 comprehensive audio amplifier. The LF signal fed in at the points Ea and Eb reaches the inputs 1 and 2 of the first operational amplifier XS1 via the resistors R1 and R8. This represents a subtractor with its wiring R1, R2, R3 and R6, R7 and R8. The feedback of the first operational amplifier XS1 is formed by the series circuit of R2 and R3. For frequency compensation, a capacitance C1 is switched between the inverting input 1 and the output 3 of the first operational amplifier 1 . Another capacitance C2, which is also used for frequency compensation, leads from the non-inverting input 2 of the operational amplifier XS1 to earth. The output signal of this first stage of the audio amplifier formed by the subtractor is given via a resistor R9 to the output Ab of the first stage. This first stage is expanded by the second operational amplifier XS2 connected as an inverter, the feedback of which is formed between the inverting input 5 and the output 6 by a resistor R5. The output signal of the first stage is given via a further resistor R4 to the inverting input 5 of the second operational amplifier XS2, the non-inverting input 4 of which is connected to earth. Via a resistor R10, the inverted output signal of the second operational amplifier XS2 reaches the circuit output Aa. At the same time, the output 6 of the second operational amplifier XS2 is connected via the resistor R10 to the resistor chains R6 and R7, so that the output signal present at the output Aa is connected to the non-inverting input 2 of the first operational amplifier XS1 via the serial chain of the resistors R6 and R7. A capacitor C4 is connected between the inverting input 5 and the output 6 of the second operational amplifier for phase compensation of the second stage. Another capacitor C3 is connected in parallel with the resistor R4 and connects the inverting input 5 of the second operational amplifier XS2 to the output 3 of the first operational amplifier XS1. In order to achieve a frequency-independent behavior of the audio amplifier circuit, the values of the four capacitances C1 to C4 are determined taking into account the parasitic capacitances of the two operational amplifiers.

Die Fig. 2 zeigt dieselbe bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Audioverstärkers in einer anderen Darstel lung, bei der die symmetrische Anordnung der beiden Opera tionsverstärker XS1, XS2 an den Widerständen R1 bis R8 besser zum Ausdruck kommt. Zwischen den beiden Eingängen des Audioverstärkers Ea und Eb ist eine serielle Kette der Widerstände R1 bis R8 angeordnet. Bezüglich des ersten Operationsverstärkers XS1 ist der invertierende Eingang 1 zwischen den Widerständen R1 und R2, der invertierende Eingang 2 zwischen den Widerständen R7 und R8, sowie der Ausgang 3 über einen Widerstand R9 zwischen den Widerständen R3 und R4 angeordnet. Dieser Punkt ist auch der Ausgang des nichtinvertierten Signals Ab der ersten Verstärkerstufe. Bezüglich des zweiten Operationsverstärkers XS2 liegt dessen invertierender Eingang 5 zwischen den Widerständen R4 und R5 und dessen Ausgang ist über den Widerstand R10 zwischen die Widerstände R5 und R6 geschaltet. Dieser Punkt ist der Ausgang Aa der Audioverstärkerschaltung. Der nicht invertierende Eingang 4 des zweiten Operationsverstärkers XS2 ist auf Erde geschaltet. Fig. 2 shows the same preferred embodiment of the audio amplifier according to the invention in another presen- tation, in which the symmetrical arrangement of the two operational amplifiers XS1, XS2 on the resistors R1 to R8 is better expressed. A serial chain of resistors R1 to R8 is arranged between the two inputs of audio amplifier Ea and Eb. With regard to the first operational amplifier XS1, the inverting input 1 is arranged between the resistors R1 and R2, the inverting input 2 between the resistors R7 and R8, and the output 3 is connected via a resistor R9 between the resistors R3 and R4. This point is also the output of the non-inverted signal from the first amplifier stage. With regard to the second operational amplifier XS2, its inverting input 5 lies between the resistors R4 and R5 and its output is connected between the resistors R5 and R6 via the resistor R10. This point is the output Aa of the audio amplifier circuit. The non-inverting input 4 of the second operational amplifier XS2 is connected to earth.

Claims

1. Audio amplifier circuit with a first operational amplifier connected as a subtractor and a second operational amplifier connected as an inverter, the output of the first operational amplifier being connected to the inverting input of the second operational amplifier and the output of the second operational amplifier being connected to the non-inverting input of the first operational amplifier non-inverting input of the first operational amplifier with a capacitance is connected to earth and a capacitance feeds back the inverting input and the output of the first operational amplifier, such that a capacitance (C ₃ ) connects the output ( 3 ) of the first operational amplifier (XS1) with the inverting input (5) connects the second operational amplifier (XS2) and that a capacitance (C ₄₎ to the output (6) of the second operational amplifier (XS2) to the inverting an output (5) of the second operational amplifier (XS2) r ck coupled.

2. Audio amplifier circuit according to claim 1, characterized in that the operational amplifiers (XS1, XS2) on a series of resistors (R ₁ to R ₈ ) are arranged such that with respect to the first operational amplifier (XS1) whose inverting input ( 1 ) between the first and the second resistor (R ₁ and R ₂ ), its non-inverting input ( 2 ) between the seventh and eighth resistor (R ₇ and R ₈ ) and its output ( 3 ) via a ninth resistor (R ₉ ) between the third and fourth resistors (R ₃ and R ₄ ) are arranged and that, with respect to the second operational amplifier (XS2), its inverting input ( 5 ) between the fourth and fifth resistors (R ₄ and R ₅ ) and its output ( 6 ) are arranged via a tenth resistor (R ₁₀ ) between the fifth and the sixth resistor (R ₅ and R ₆ ), its non-inverting input ( 4 ) being connected to earth.