音频放大器的制作方法

1.本发明涉及一种音频放大器。


背景技术：

2.在音频放大器的领域中已知，在高功率密度的情况下应用d类技术。从de 10 2014 200 964 a1中已知具有d类技术的这种放大器。在这种技术中将音频信号转换为脉冲信号。通过所谓的“d类调制器”完成该转换，该d类调制器大多实施为脉冲宽度调制器。由此，放大器可以进行到开关运行中，因此开关元件——通常是晶体管——要么最大程度地导通要么最大程度地截止，并且因此仅能占有两种状态。与传统的ab类放大器相比，这两个工作范围具有小的功率损耗。因此，该技术中的最大优势在于高效率。


技术实现要素：

3.本发明的主题涉及一种音频放大器，所述音频放大器具有：调制器区段，所述调制器区段用于接收输入信号并用于输出两个中间信号，其中，所述调制器区段构造为通过调制所述输入信号来产生所述中间信号；放大器区段，所述放大器区段用于接收所述两个中间信号并用于输出两个放大信号，其中，所述放大器区段构造为通过放大所述两个中间信号来产生所述两个放大信号，其中，所述放大器区段具有两个功率级；末端区段，所述末端区段用于接收所述两个放大信号并用于输出用于扬声器装置的输出信号；其中，所述音频放大器能够在并联运行和桥接运行(br
ü
ckenbetrieb)之间切换。
4.音频放大器尤其构造为d类放大器。d类放大器(英语：class-damplifier)也称为开关放大器、数字输出级或数字放大器。音频放大器用于将输入信号、尤其是音频信号放大为输出信号，以便运行扬声器装置。可选地，扬声器装置构成音频放大器的一部分。
5.音频放大器具有调制器区段，其中，调制器区段接收输入信号，根据信号技术对其进行处理，并输出至少两个或恰好两个中间信号。调制器区段尤其是在电路技术方面构造为调制输入信号、尤其是执行脉宽调制(pwm)。中间信号尤其构造为方波脉冲序列。
6.随后在信号路径中，将中间信号引导至作为音频放大器的组成部分的放大器区段，其中，放大器区段接收中间信号，对其进行放大，并且输出两个放大信号。放大器区段尤其在开关运行中运行。优选地，放大器区段具有开关元件、尤其是晶体管，该开关元件要么切换为最大程度地导通要么切换为最大程度地绝缘，以及因此仅能占有两种状态。
7.放大器区段具有两个功率级，其中，优选地，功率级中的每个功率级优选地具有至少两个或恰好两个用于实现开关运行的开关元件。
8.音频放大器具有用于接收两个放大信号并用于输出用于扬声器装置的至少一个输出信号的末端区段。输出信号尤其是基于放大信号产生的。
9.可选地，每个功率级具有重构滤波器和/或低通滤波器，以便对相应的放大信号进行滤波，尤其以便产生与输入信号对应的连续电压曲线。
10.在本发明的范畴内，音频放大器总是具有两个功率级，这两个功率级能够根据运
行类别要么桥接地运行要么并联地运行，并且在这两种情况下将输出信号输出至相同的连接部。针对高阻抗，可以通过桥接运行在输出端处实现单个功率级的双倍电压。针对低阻抗，可以通过并联运行提供单个功率级的双倍电流。由此，音频放大器可以更好地匹配于应用并且功率部件更好地被利用。换言之，与现有技术相比，可以使用更经济的功率部件。
11.补充地提出，调制器区段具有恰好一个用于调制输入信号的调制器装置。调制器区段尤其仅具有恰好一个比较器，该比较器用于将输入信号与参考信号、尤其是三角信号进行比较。
12.在此，本发明的一个考虑是，通过减少到一个调制器装置可以在实现音频放大器时获得成本和空间节省，因为在相应的印刷电路板或组件上仅还需要用于两个功率级的一个调制器装置的电子设备。调制器装置优选地由相互协调的多个运算放大器电路和各种反馈信号组成。与此相对应地，印刷电路板上的成本和面积需求更确切地说并非微不足道并且减半。
13.此外，减少了用于输入信号的音频输入端的数量，因为调制器装置已经处理针对两个功率级的输入信号。因此，仅还需要一个音频输入端用于功率级。这带来了印刷电路板或组件上的附加的空间和成本节省。每个音频输入端优选地需要实施为电子运算放大器电路的“输入级”。其间，数字音频信号也越来越频繁地作为输入信号在这种音频放大器中被处理。为了能够放大这些数字信号，先前通常必须借助于dac(数模转换器)将这些数字信号转换为模拟信号，dac优选地构成音频放大器的组成部分。因此，可以可选地节省输入级和/或附加的dac。优选地，音频放大器针对输入信号具有恰好一个尤其是单通道的输入级和/或具有恰好一个单通道的dac。
14.优选地设置，末端区段具有用于输出输出信号的第一输出连接部和第二输出连接部。在并联运行中，第一输出连接部施加有放大信号、尤其是来自两个功率级的共同的放大信号，并且第二输出连接部与地导电地连接。在桥接运行中，第一输出连接部施加有第一功率级的第一放大信号，并且第二输出连接部施加有第二功率级的第二放大信号。在并联运行中，扬声器装置可以以更高的电流运行，在桥接运行中，扬声器装置可以以更高的电压运行。
15.尤其是在并联运行中，与构造恰好一个调制器装置相结合具有优势，因为由此确保了两个功率级中的电流分布：因为中间信号仅通过一个共同的调制器装置产生并且对于在并联运行中的两个功率级是相同的，所以这些功率级与此相应地非常精确地相互切换。即，在并联运行中，两个功率级应尽可能相同地切换，以便确保在其功率级输出端处的电流相同。如果这些电流是不同大小的，那么一个并非微不足道地大的横向电流将从一个功率级流向另一个功率级。该横向电流不是有用的电流，而是仅仅在音频放大器内产生功率损耗。在从现有技术中已知的具有两个独立d类调制器的并联运行的情况下，通常不能保证精确地彼此协调地切换功率级，因为这些功率级由于公差原因产生略有不同的pwm信号。由于这些原因，在实践中需要复杂的调节电路。该调节电路针对并联运行将两个d类调制器相互平衡，以便在功率级处再次获得相同的电流。借助根据本发明的构型省略了这样的调节电路。
16.在本发明的优选构型中，调制器区段构造为，在并联运行中将两个相同的并且因此同相的中间信号传输至放大器区段。相比之下，调制器区段构造为，在桥接运行中将第一
中间信号传输至第一放大器输入端并将第二中间信号传输至第二放大器输入端，其中，第一中间信号构造为相对于第二中间信号反相和/或反转。
17.在本发明的优选扩展方案中，进行从放大器区段至调制器区段的反馈。来自放大器区段的反馈由一个和/或多个反馈信号组成。优选地，另外还将来自两个功率级的放大信号用于反馈。
18.优选地设置，在并联运行中将共同的放大信号、即功率级的输出信号相互连接地进行反馈。
19.在本发明的针对桥接运行的优选扩展方案中，除了反馈来自放大器区段的反馈信号之外，还反馈两个功率级的放大信号的求和信号。在放大信号在桥接运行中相对于彼此反转后，求和按照量值来看对应于求差(differenzbildung)。因此，反馈两个功率级的差异，该差异表示与理想状态(求和信号＝0)的不期望的偏差。调制器中的这种反馈用于补偿差异并将该差异从在两个输出连接部之间取得的输出信号中去除。
附图说明
20.由对本发明的优选实施例以及附图的以下描述得出本发明的其他特征、优点和效果。附图示出：
21.图1作为本发明的一种实施例的音频放大器的示意图；
22.图2图1中的音频放大器在并联运行中的示意图；
23.图3图1中的音频放大器在桥接运行中的示意图；
24.图4以上附图中的音频放大器的具有反馈图示的示意图。
具体实施方式
25.本发明的出发点是以下考虑：音频放大器能够要么以低和/或高阻抗(扬声器)运行。理想情况将是放大器可以用于两种运行情况。低阻抗通常出现在临时活动的扩音中，例如音乐会或剧院。高阻抗通常出现在扩音系统的固定安装中(例如体育场、机场中的70v/100v线路)。任何扬声器，无论是具有低阻抗还是具有高阻抗，都需要功率，以便能够运行。在低阻抗的情况下需要更多电流，在高阻抗的情况下需要在音频放大器的输出端处的更多电压，以便在扬声器处获得相同的输出功率。如果放大器的功率级要能够运行两种负载情况(低阻抗和高阻抗)，则其输出必须为一种情况提供高电流并为另一种情况提供高电压。这种设计将导致对于另一种情况的超尺寸即电流大于高阻抗所需的电流并且电压大于低阻抗所需的电压。在该示例中，放大器的功率级在功率方面将是超尺寸的。以下描述的本发明以有利的方式解决了该问题。
26.图1以示意图示出音频放大器1，其中，该音频放大器1构造为d类放大器。音频放大器1的功能是，接收输入信号，放大该输入信号，并将该输入信号输出至扬声器装置2。扬声器装置2示意性示出为负载。
27.将输入信号经由音频输入端3输送给音频放大器1。音频输入端3构造为单个的信号输入端，尤其构造为单通道的。输入信号尤其构造为模拟信号。
28.音频放大器1具有调制器区段4，其中，调制器输入端5与音频输入端3信号技术地
连接。可选地，在音频输入端3和调制器输入端5之间还设置有输入级、尤其是单通道的输入级。在替代构型中，输入信号构造为数字信号，其中，在音频输入端3和调制器输入端5之间插入数模转换器(dac)。调制器区段4具有用于输出两个中间信号的两个输出端6、7。
29.音频放大器1具有放大器区段8，其中，放大器区段8具有两个放大器输入端9、10。放大器输入端9、10经由线路与调制器输出端6、7信号技术地连接，其中，第一放大器输入端9与第一调制器输出端6连接，并且第二放大器输入端10与第二调制器输出端7连接。
30.放大器区段8具有第一和第二功率级11、12，其中，第一功率级输入端13与第一放大器输入端9信号技术地连接，并且第二功率级输入端14与第二放大器输入端10信号技术地连接。第一功率级11的第一功率级输出端17与第一放大器输出端19信号技术地连接，第二功率级12的第二功率级输出端18与第二放大器输出端20信号技术地连接。
31.音频放大器1具有末端区段21，其中，末端区段21具有两个末端输入端22、23和两个末端输出端24、25。第一末端输入端22与第一放大器输出端19信号技术地连接，第二末端输入端23与第二放大器输出端20信号技术地连接。第一末端输出端24与第一输出连接部26信号技术地连接，第二末端输出端25与第二输出连接部27信号技术地连接。
32.从功能的角度来看，作为输入信号的模拟的或者也是数字的音频信号在调制器区段4中借助于合适的方法——例如通过脉宽调制(pwm)——被带到脉冲序列中作为中间信号。中间信号在放大器区段8中在开关运行中被放大为放大信号。
33.音频放大器1可以在并联运行中和在桥接运行中运行。例如可以通过音频放大器1中的切换来实现这两种运行类别之间的更换。
34.图2示出图1中的音频放大器1在并联运行中，图3示出图1中的音频放大器1在桥接运行中。随着对运行类别的阐述，引入音频放大器1的附加部件，该附加部件也存在于图1中的音频放大器1中，然而未以图形方式示出。音频放大器1可以在这两种运行类别之间切换。
35.调制器区段4具有恰好一个调制器装置28，其中，该调制器装置在输入侧与调制器输入端5信号技术地连接。
36.在运行状态“并联运行”中，调制器装置28在输出侧与调制器输出端6、7连接，从而在调制器输出端6、7处并且因此在放大器输入端9、10处以及在功率级输入端13、14处施加两个相同的中间信号。
37.末端区段21具有连接开关装置29，其中，连接开关装置29如下构造：在第一开关状态(桥接运行)中，末端输入端22、23彼此分离。在第二开关状态(并联运行)中，末端输入端22、23彼此导电连接和/或信号技术地连接。
38.末端区段21还具有更换开关装置30，其中，更换开关装置30构造为，在第二(并联运行)开关状态中将末端输出端25与地31导电连接。在第一开关状态(桥接运行)中，第二末端输出端25与第二末端输入端23导电连接和/或信号技术地连接。
39.在运行类别“并联运行”中，输出信号具有与运行类别“桥接运行”相比更高的电流和更低的电压和/或按照规定地设置用于具有低阻抗的扬声器装置2。
40.在运行状态“桥接运行”中，在调制器装置28和调制器输出端6、7之间的连接之一之间插入反转装置32。反转装置32将中间信号反转，从而在调制器输出端6处施加与在调制器装置28的输出端处相同的中间信号。相反，在调制器输出端7处施加反转的和/或反相的
中间信号。
41.打开连接装置29，相反地关闭更换开关装置30，从而第二扬声器连接部27与第二功率级输出端18导电连接。在运行类别“桥接运行”中，输出信号具有与运行类别“并联运行”相比更高的电压和更低的电流和/或按照规定地设置用于具有高阻抗的扬声器装置2。
42.调制器区段4具有两个反馈输入端33a、33b。反馈输入端33a、33b在调制器区段4中相互连接。也可以在调制器区段4之前进行连接。在总体上构成共同的反馈信号，该反馈信号作用于调制器装置28或至少作用于输入信号。优选地，该反馈信号构造为相对于输入信号是反转的。
43.图4以示意性框图示出音频放大器1。
44.在桥接运行中，将反馈信号返回至反馈输入端33a，该反馈信号由来自放大器区段8的一个和/或多个反馈信号组成。从图示中还得出，连接开关装置29在用于桥接运行的开关位置中将来自第一功率级11的放大信号引导至求和装置34。更换开关装置30没有改变，其中，还将来自第二功率级12的放大信号也引导至求和装置34。因此，在求和装置34处施加两个放大信号，其中，然而这两个放大信号在运行类别桥接运行中构造为相对于彼此反转。在工作点，求和装置输出值0，在工作点旁边，输出如下信号：该信号包含来自两个功率级11、12的信号信息。将来自求和装置的这些信号信息返回至反馈输入端33b。