ES2963490T3 - Un amplificador con compensador con una red de al menos tercer orden - Google Patents

Abstract

Un amplificador que comprende una etapa de ganancia con una red de retroalimentación que comprende dos puertos entre los cuales se conectan al menos tres capacitores en serie y entre cada par de capacitores se conecta una resistencia a un voltaje predeterminado. La etapa de ganancia se proporciona en un circuito de retroalimentación sobre un amplificador primario. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un amplificador con compensador con una red de al menos tercer orden

La presente invención se refiere a un amplificador con un compensador con una red donde se conectan en serie al menos tres condensadores.

Los amplificadores y la tecnología relevante se pueden ver en JP2004282544, WO0171905, US4041411, US7142050, US8049557, US8736367, US2015/214902, GB2439983, WO2013/164229, US2013/057331 y US2016/0352293.

En un primer aspecto, la invención se refiere a un amplificador de acuerdo con la reivindicación 1.

En el presente contexto, un amplificador es un elemento configurado para recibir una señal, como una señal de audio y emitir una señal correspondiente, preferentemente con una mayor amplitud de señal. A menudo, un amplificador de audio recibe una señal de audio eléctrica de baja intensidad de señal (tensión) y emite una señal correspondiente con una intensidad de señal más alta. En este contexto, dos señales corresponden si tienen al menos sustancialmente el mismo contenido espectral en al menos un intervalo de frecuencia.

Cabe señalar que se puede utilizar un amplificador para amplificar otros tipos de señales además de las señales de audio. Se puede utilizar un amplificador como fuente de alimentación o controlador que alimente, por ejemplo, un actuador lineal para accionar el actuador de manera controlada. En esta situación, el amplificador puede recibir una señal de amplitud más baja correspondiente a lo que se desea alimentar al actuador, donde el amplificador generará una corriente o tensión adaptada a los requisitos del actuador.

El amplificador tiene un compensador con red y etapa de ganancia, donde la red se proporciona como un bucle de retroalimentación alrededor de la etapa de ganancia y donde la etapa de ganancia se proporciona en un bucle de retroalimentación alrededor de un amplificador primario.

En este contexto, una entrada es una porción de un circuito, por ejemplo, configurado para recibir una señal. En muchas situaciones, una entrada es un conductor, tal como un conductor de un elemento eléctrico, un chip/ASIC o similar. Una entrada puede comprender un conector, como si la entrada es una entrada al amplificador propiamente dicho (como desde el exterior de la carcasa de un amplificador y/o desde un preamplificador). Después, una fuente de señal puede conectarse de manera desmontable a la entrada para entregar una señal a la entrada. De manera alternativa, una entrada puede ser una entrada a una porción del amplificador, donde no se desea la separabilidad, para que la entrada pueda ser una conexión permanente. Las conexiones permanentes se pueden obtener mediante, por ejemplo, un conductor, una almohadilla de soldadura o similar a la que se puede conectar permanentemente otro elemento, como soldando, para enviar una señal a la entrada. Naturalmente, la entrada puede ser una porción interna, como un conductor, de un chip o similar, entre porciones del chip.

Una salida, como la entrada, puede ser una salida a los alrededores del amplificador, de modo que la salida puede comprender un conector para fijación desmontable a, por ejemplo, una carga, un cable o similar. De manera alternativa, una salida puede ser una salida de un componente del amplificador a otro componente. Si dichos componentes no se desean desmontables, la salida puede estar conectada permanentemente al mismo. En situaciones permanentemente conectadas, una salida puede ser un conductor, pata o similar, donde un extremo del conductor puede ser una entrada y el otro extremo una salida.

A menudo, la salida del amplificador primario es también la salida del amplificador propiamente dicho, por ejemplo, si las salidas comparten los mismos conductores. Quizás se desee, sin embargo, conectar más circuitos, tales como filtros, entre estas salidas, después de la salida del amplificador o simplemente a las salidas. Usualmente, se conecta un filtro LC a la salida para eliminar el ruido de alta frecuencia procedente del funcionamiento del amplificador primario, para que este ruido no se transmita a una carga conectada a la salida. Cabe señalar que las salidas pueden compartir un conector al que está conectado un puerto de un filtro.

El amplificador primario es un amplificador en sí mismo. De esta manera, puede comportarse como el amplificador descrito anteriormente. Sin embargo, es posible que se desee o se le permita al amplificador primario, tener otros parámetros u otro comportamiento distinto al del amplificador general. Por ejemplo, aunque la autooscilación en sí misma puede no ser un requisito para el amplificador general, el amplificador primario puede configurarse para que sea autooscilante, tal como si el compensador está configurado para controlar el amplificador primario lejos de la oscilación o de una manera que esta oscilación sea deseable.

Como se describirá más adelante, el amplificador principal es un amplificador de clase D.

El amplificador primario tiene una entrada de amplificador primario y una salida de amplificador primario que pueden ser como la entrada y salida descritas anteriormente. Cabe señalar que normalmente no se desea poder desconectar el amplificador primario de las trayectorias mencionadas a continuación, de modo que la entrada/salida del amplificador primario pueda estar formada por conductores o similares en, por ejemplo, una PCB, dentro de un circuito, entre circuitos o similares.

Como se ha mencionado, la salida del amplificador primario está conectada operativamente a la entrada de la etapa de ganancia y la entrada del amplificador primario está conectada operativamente a la salida de la etapa de ganancia.

Que una entrada esté operativamente conectada a una salida, o viceversa, en el presente contexto, significa que se puede enviar una señal desde la entrada a la salida. Esta señal puede, sin embargo, ser filtrada, amplificada, atenuada o una combinación de los mismos a lo largo de la trayectoria entre dicha entrada y dicha salida.

Se puede definir una trayectoria desde la entrada, como la entrada de la etapa de ganancia, a la salida, como la salida del amplificador primario (y viceversa), cuya trayectoria puede ser un simple conductor o que puede comprender componentes electrónicos, como resistencias, inductores, condensadores, amplificadores, nodos sumadores, o similares.

En general, una red es un circuito, que puede ser simplemente un conductor pero que a menudo comprende uno o más componentes eléctricos, activa y/o pasiva. La red tiene dos o más puertos o conductores/conectores hacia/desde los cuales las señales pueden alimentarse a la red y/o derivarse de la red.

En la red del actual compensador, se proporcionan al menos tres condensadores en serie entre dos puertos. Naturalmente, componentes electrónicos adicionales, como condensadores adicionales, resistencias, inductores, amplificadores, componentes activos o pasivos, puede proporcionarse.

Se conectan tres condensadores en serie entre los puertos cuando existe una trayectoria principal desde el primer puerto al segundo puerto, cuya trayectoria principal pasa por los tres condensadores uno tras otro. Las trayectorias que contienen otros componentes pueden bifurcarse de la trayectoria principal y también pueden volver a unirse a la trayectoria principal. Además, la trayectoria principal puede contener otros componentes como resistencias.

Entre cada par de condensadores, se conecta una resistencia (a los condensadores) a una tensión predeterminada. Esta tensión predeterminada es preferentemente al menos sustancialmente constante, como tierra.

De esta manera, cuando se conectan tres condensadores en serie, se proporcionan dos de estas resistencias. Las resistencias están preferentemente conectadas a la misma, tensión predeterminada, pero esto no es un requisito.

Uno o más elementos, como interruptores, se puede proporcionar para cortocircuitar uno, dos o más, como todos, condensador(es) o para definir o limitar una tensión a través del capacitor(es). Esta puede ser una funcionalidad de reinicio que a menudo se desea. La funcionalidad de reinicio puede ser permanente o intermitente.

Preferentemente, la respuesta de frecuencia del compensador (la ganancia del compensador en función de la frecuencia) es sustancialmente inversamente proporcional a la respuesta de frecuencia de la red. La ventaja general de tener tres o más condensadores en serie en la red es que el comportamiento general de la red es el de un filtro de paso alto de al menos tercer orden y que por lo tanto el compensador tendrá una ganancia significativamente mayor a bajas frecuencias

En una realización, se proporciona una segunda red que tiene al menos una resistencia colocada en paralelo con uno o más de los condensadores de la red. Agregar tales resistencias tiene la ventaja de que la ganancia del compensador en frecuencias intermedias se puede intercambiar por la ganancia del compensador en CC. Un compensador que utilice una red de tres condensadores sin la segunda red tendrá, en bajas frecuencias, una pendiente de tercer orden y posiblemente más ganancia del compensador en CC de la estrictamente requerida. La segunda red permite sacrificar parte de esa ganancia mientras se aumenta la ganancia del compensador en frecuencias más altas.

En una realización preferida, la etapa de ganancia es un amplificador operacional. Sin embargo, la etapa de ganancia puede ser un transistor o FET si se desea.

En el presente contexto, un compensador es un circuito que, en virtud de las conexiones operativas, está conectado en un bucle de retroalimentación entre la salida y la entrada del amplificador primario. El compensador se, debido a la red, comportará como un filtro de al menos tercer orden. La función general del compensador puede ser regular la salida del amplificador primario más estrechamente a su valor deseado.

En una realización preferida, también se envía al comparador una señal procedente de una entrada del amplificador. Después, el compensador filtra preferentemente una señal de error encontrada comparando una señal derivada de la entrada del amplificador con una señal derivada de la salida del amplificador primario, de tal manera que en un primer rango de frecuencia la señal de error se amplifica y en un segundo rango de frecuencia no se amplifica, o incluso se atenúa. El primer rango de frecuencia corresponde a la banda de frecuencia de funcionamiento deseada. En un amplificador de audio, este ancho de banda podría ser, por ejemplo, de 0 Hz a 40 kHz, 0 Hz-20 kHz o 20 Hz-20 kHz. El segundo rango de frecuencia podría ser una banda por encima de la primera banda, por ejemplo, 60 kHz y más, 100 kHz y más. La segunda banda de frecuencia no tiene que durar indefinidamente o incluso a una frecuencia muy alta como 1 MHz. En un amplificador clase D, el segundo rango de frecuencia incluye típicamente la frecuencia de conmutación.

El compensador normalmente se proporciona no sólo en un bucle de retroalimentación desde la salida del amplificador primario a la entrada del amplificador primario sino también en una trayectoria directa desde la entrada del amplificador propiamente dicha a la entrada del amplificador primario.

En una realización preferida, el compensador está configurado para tener al menos dos modos de funcionamiento. Pueden existir diferentes razones para seleccionar un modo de funcionamiento particular del compensador. Un modo de funcionamiento puede incluso ser el de desactivar completamente el compensador, si fuera deseable.

Diferentes modos de funcionamiento pueden utilizar diferentes partes de la red o alterar de otro modo las características de filtrado de la red.

En una realización, el modo de funcionamiento seleccionado para el compensador está determinado por el funcionamiento de otra parte del amplificador, normalmente el amplificador principal. Después, el amplificador primario puede configurarse para funcionar en uno de al menos un primer y un segundo modo de funcionamiento del amplificador.

Un modo de funcionamiento del amplificador puede ser un modo en el que el amplificador primario tiene una respuesta de frecuencia particular, una ganancia particular, frecuencia de conmutación en un rango particular o similar. A menudo, el primer modo de amplificador es el modo de funcionamiento deseado, donde el modo del segundo amplificador es un modo que no se prefiere pero que puede no ser completamente evitable en el amplificador primario. Un segundo modo de amplificador típico es un modo de recorte en el que el amplificador primario produce una tensión de salida sustancialmente limitada por las tensiones de la fuente de alimentación, deja de cambiar o cambia a una frecuencia fuera del rango del primer modo. Cuando se opera en modo de recorte, el amplificador primario tiene sólo una respuesta insignificante a los cambios en la señal de entrada del amplificador primario.

De esta manera, el primer modo de amplificador puede caracterizarse como un modo en el que el cambio adicional en la señal de salida del amplificador primario en respuesta a un pequeño cambio adicional en la señal de entrada del amplificador primario es sustancialmente el mismo que la respuesta de la señal de salida del amplificador primario a una señal que consiste de sólo ese cambio adicional en la señal de entrada del amplificador primario. Es decir, cuando la presencia de una señal grande no ha afectado materialmente la capacidad del amplificador primario para responder a una señal pequeña adicional.

Un tercer modo puede ser donde el amplificador primario se protege a sí mismo contra una condición de carga potencialmente dañina. Puede que lo haga, por ejemplo, apagándose temporalmente.

Un cuarto modo puede ser cuando el amplificador primario está apagado. Esto puede ser parte de una secuencia de encendido/apagado o como resultado de un comando del usuario.

El compensador y/o la etapa de ganancia, en un modo de operación, puede estar deshabilitado, tal como cuando el amplificador primario está funcionando al menos en el modo de funcionamiento del segundo amplificador. Esta desactivación puede realizarse de cualquier manera deseada y puede dejar fuera de funcionamiento la etapa de ganancia o el compensador de varias maneras. En una situación, el compensador podrá, cuando está deshabilitado, evitar la transferencia de señales a través de él, tal como a lo largo de una trayectoria en la que se proporciona el compensador. Por tanto, el compensador puede impedir eficazmente el transporte de señales en un bucle de retroalimentación a través del amplificador primario.

Además, si el compensador también está dispuesto en la trayectoria directa desde una entrada del amplificador propiamente dicha a la entrada del amplificador primario, este trayectoria también puede estar bloqueada.

En otra situación, la inhabilitación puede obtenerse haciendo "invisible" el compensador, como por ejemplo proporcionando al compensador ninguna capacidad de filtrado de frecuencia, como cuando tiene una ganancia predeterminada, como ganancia unitaria, en un intervalo de frecuencia de interés (como 0 Hz -100 kHz). Después, el compensador desconectado permitirá el transporte de las señales a través de él.

Aunque existe un gran número de maneras de afectar, por ejemplo, la red para obtener las propiedades deseadas del compensador, es preferible que, en un modo de funcionamiento, uno o más de los condensadores están en cortocircuito. En un modo, todos los condensadores están en cortocircuito. En este modo, la etapa de ganancia puede comprender un amplificador operacional. Cuando todos los condensadores entre la salida y una entrada del amplificador operacional están en cortocircuito, esto puede proporcionar a la red un comportamiento independiente de la frecuencia, imponiendo un comportamiento independiente de la frecuencia al compensador o al menos reduciendo la ganancia y el desplazamiento de fase del compensador a bajas frecuencias.

Este cortocircuito se puede obtener de varias maneras. En una situación, la red comprende un diodo o dos diodos antiparalelos que automáticamente se vuelven conductores - y por lo tanto cortocircuitan los componentes conectados en paralelo a ellos - cuando una tensión sobre el o los diodos excede la tensión directa del o los diodos. Esta tensión puede derivarse del amplificador primario de modo que si el amplificador primario se corta y, por lo tanto, genera una tensión excesiva o se desvía excesivamente de la tensión esperada, el compensador se desactivará automáticamente.

En este contexto, un diodo está conectado a través de un capacitor cuando los dos puertos o conectores del diodo están conectados a los dos puertos o conectores del capacitor(es). Si un diodo está conectado a través de múltiples condensadores conectados en serie, el diodo está conectado al opuesto, conectores exteriores de los condensadores conectados en serie. Naturalmente, se pueden utilizar múltiples diodos para cortocircuitar varios condensadores.

Cuando una tensión sobre un diodo excede la tensión directa del diodo, el diodo se vuelve conductor y, por lo tanto, provocará un cortocircuito en cualquier condensador(es) que se encuentre a través de él. Si se proporcionan varios diodos en serie, se volverán conductores cuando la tensión a través de ellos exceda las tensiones directas combinadas.

Un método alternativo sería hacer que otro circuito determine que el amplificador primario ha abandonado el modo de funcionamiento del primer amplificador o está en el segundo, tercer o cuarto modo de funcionamiento del amplificador y luego enviar una señal predeterminada al compensador al que el compensador está configurado para reaccionar, como hacer que el compensador se desactive solo. Esta señal puede, por ejemplo, cortar la alimentación al compensador.

En otras situaciones, un circuito de detección puede determinar que el amplificador primario ha abandonado el modo de funcionamiento del primer amplificador o está en el segundo, tercer o cuarto modo de funcionamiento del amplificador y luego enviar una señal predeterminada al compensador a la que el compensador está configurado para reaccionar de modo que se deshabilite.

De esta manera, la etapa de ganancia del compensador puede configurarse para que esté apagada. Esto se puede obtener, por ejemplo, cuando la señal anterior se utiliza, por ejemplo, para cortar la alimentación a la etapa de ganancia, eliminar la corriente de polarización de la etapa de ganancia o cortocircuitar o desconectar partes de la etapa de ganancia. De manera alternativa, el cortocircuito de al menos una parte de la red puede realizarse mediante interruptores, por ejemplo, transistores o FET operados como interruptores y controlados por la señal del circuito de detección. De manera alternativa, dicho interruptor puede insertarse en serie con la entrada del compensador y configurarse para estar normalmente encendido (es decir, cerrado) pero apagado cuando el circuito de detección ha determinado que el amplificador primario está, por ejemplo, en el modo de funcionamiento del segundo amplificador.

En una realización, un amplificador de transconductancia está conectado a través de uno o más de los condensadores, que se opera cuando el amplificador primario está al menos en el modo de funcionamiento del segundo amplificador. Esto tiene un efecto similar al cortocircuito, porque la tensión del condensador no puede evolucionar más. Un amplificador de transconductancia no requiere que su entrada y salida tengan el mismo potencial.

En una realización, se desconecta una conexión entre la entrada de la etapa de ganancia del compensador y la salida del amplificador primario en un modo de funcionamiento. Después, el circuito de retroalimentación sobre el amplificador primario está desconectado y el error generado por el amplificador primario no cargará más los condensadores, de modo que cuando el amplificador primario vuelva a entrar en el modo de funcionamiento del primer amplificador, el funcionamiento no se ve afectado por la carga almacenada en los condensadores durante el período en el que el amplificador primario no estuvo funcionando en el modo de funcionamiento del primer amplificador.

Como se ha mencionado, el compensador puede funcionar en un modo de funcionamiento, cuando el amplificador primario se corta, y en otro modo de funcionamiento, cuando el amplificador primario no está recortado, como durante el funcionamiento normal o deseado.

En una realización, el amplificador tiene un elemento operable por el usuario configurado para hacer que el compensador funcione en un modo de operación predeterminado. Este elemento operable por el usuario puede ser un interruptor, panel táctil, un teclado, perilla giratoria o similar. El elemento operable por el usuario puede tener una posición predeterminada o similar de modo que su operación haga que el compensador funcione en el modo de operación predeterminado. De manera alternativa, el elemento operable por el usuario puede usarse para establecer un parámetro que, si, por ejemplo, se excede, hará que el compensador funcione en el modo de operación. De esta manera, al configurar este parámetro, el usuario puede afectar cuando el compensador se coloca en el modo de operación predeterminado. Este modo de funcionamiento puede suponer una desactivación del compensador.

El amplificador primario es un amplificador de clase D que comprende un comparador y una etapa de energía de conmutación controlada por el comparador. Normalmente, la entrada del amplificador primario está conectada o constituida por una entrada al comparador. Un amplificador de Clase D puede ser autooscilante o tener impuesta una frecuencia de oscilación. En general, un amplificador primario Clase D tiene una frecuencia de conmutación inactiva. La frecuencia de conmutación inactiva se puede determinar eliminando todas las señales de entrada y midiendo el período promedio del ciclo de encendido/apagado encontrado en la etapa de energía.

Usualmente, la frecuencia de conmutación inactiva está en el rango de 200 kHz - 2 MHz.

En este contexto, una etapa de energía es un circuito que controla el flujo de corriente desde una fuente de alimentación a una carga en respuesta a una señal de control. En este contexto, una etapa de energía de conmutación es una etapa de energía en la que todos los dispositivos de energía funcionan completamente encendidos o completamente apagados durante sustancialmente todo el tiempo. Los dispositivos de energía pueden ser transistores, FET, IGBT y similares.

Además, un comparador normalmente, en amplificadores de clase D, es un circuito que genera una señal binaria correspondiente al signo de la diferencia entre dos señales de entrada, o entre una señal de entrada y una tensión predeterminada.

En este contexto, la señal de salida del comparador actúa como señal de control para la etapa de energía de conmutación.

La salida de la etapa de energía de conmutación puede formar la salida del amplificador primario o estar conectada a la misma. Un filtro de paso bajo a menudo llamado filtro de salida, está conectado entre la salida del amplificador primario y la salida de la etapa de energía.

El amplificador primario comprende además un primer filtro de retroalimentación conectado entre la salida del amplificador primario y una entrada del comparador y/o la entrada al amplificador primario. El primer filtro de retroalimentación es un filtro de paso alto y preferentemente es un filtro de paso alto que, en una porción significativa (como al menos el 30 %) del rango entre 20 Hz y 20 kHz, tiene una ganancia en una primera frecuencia que es menor que la ganancia en una segunda frecuencia que es el doble de la primera frecuencia. Preferentemente, la ganancia en la segunda frecuencia es al menos 1,5 veces la ganancia en la primera frecuencia.

En este contexto, un filtro de paso alto es un filtro cuya ganancia muestra una tendencia ascendente durante al menos un intervalo de frecuencia deseado. En el presente contexto, el intervalo de frecuencia relevante está entre un cuarto y la mitad de la frecuencia de conmutación inactiva en la que la ganancia es mayor (menor atenuación) en frecuencias más altas y menor (mayor atenuación) en las frecuencias más bajas.

El bucle de retroalimentación a través del primer filtro de retroalimentación se utiliza para programar la respuesta de frecuencia del amplificador primario.

Este primer filtro de retroalimentación puede tener cualquier orden. En los amplificadores Clase D heredados, este filtro es un filtro de primer orden, pero puede resultar ventajoso utilizar en su lugar un filtro de orden superior. Esto tiene el efecto de aumentar la ganancia de bucle cerrado del amplificador primario, aumentando así la ganancia de bucle disponible para el bucle cerrado a través del primer nodo sumador.

Como se ha mencionado anteriormente, una trayectoria, normalmente llamada trayectoria directa, puede definirse entre una entrada del amplificador propia de la entrada del amplificador primario. Preferentemente, el compensador está previsto en la trayectoria delantera.

Preferentemente, la trayectoria directa también comprende o alternativamente un filtro de paso bajo. Además, el filtro de paso bajo se puede colocar dentro de un bucle de retroalimentación alimentando el filtro de paso bajo desde un nodo sumador que combina una señal derivada de la entrada y una señal derivada de la salida. La ventaja de proporcionar un filtro de paso bajo en la trayectoria directa es que, además de atenuar los componentes de alta frecuencia en la señal de entrada, agrega ganancia de bucle.

El filtro de paso bajo está preferentemente adaptado a la frecuencia de conmutación para atenuar esta frecuencia de conmutación con respecto a frecuencias más bajas. En una realización, el filtro de paso bajo tiene una primera ganancia en la frecuencia de conmutación en reposo y una segunda ganancia en la mitad de la frecuencia de conmutación en reposo, donde la segunda ganancia es al menos una vez y media la primera ganancia. Preferentemente, la segunda ganancia es al menos 2 veces la primera ganancia, o incluso al menos 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 o más veces la primera ganancia.

En una realización, el amplificador comprende además una tercera trayectoria desde la salida hasta una entrada del compensador. Esta trayectoria, junto con una trayectoria desde la entrada del amplificador, permite que el compensador genere una señal de entrada adicional al amplificador primario basada en una señal de error derivada de las señales suministradas a través de las trayectorias desde la salida y la entrada a la entrada del compensador. Al filtrar y amplificar la señal de error, el compensador producirá una señal que contrarresta la distorsión generada por el amplificador primario, al menos dentro de una banda de frecuencia deseada.

El amplificador primario está configurado para actuar sustancialmente como un integrador, ya que el primer filtro de retroalimentación es un filtro de paso alto. El primer filtro de retroalimentación puede ser un filtro de paso alto con ganancia insignificante en CC. Un amplificador integrador, en el presente contexto, es un amplificador que actúa sustancialmente como un integrador. Es decir, en una porción significativa (tal como al menos el 30%) del rango entre 20 Hz y 20 kHz, la ganancia en una primera frecuencia es mayor que la ganancia en una segunda frecuencia que es el doble de la primera frecuencia. Preferentemente, la ganancia en la primera frecuencia es al menos 1,5 veces la ganancia en la segunda frecuencia.

Ventajosamente entonces, se pueden proporcionar una o más trayectorias de retroalimentación adicionales, sólo uno de los cuales tiene una ganancia de<c>C sustancial.

En una realización de la invención, además se proporciona una primera retroalimentación o bucle entre la salida del amplificador primario, que puede ser la salida del amplificador propiamente dicho y la entrada de la etapa de ganancia. Este bucle, naturalmente, puede comprender elementos adicionales, tales como filtros, pero puede actuar junto con la red para dar forma aún más a la curva de ganancia del amplificador. En una situación, el bucle tiene una curva de respuesta o curva de ganancia con una antirresonancia o caída localizada en el intervalo de frecuencia de 10-100 kHz.

En esa u otra realización de la invención, además se proporciona una segunda retroalimentación o bucle entre la salida del amplificador primario, que puede ser la salida del amplificador propiamente dicho y la salida de la etapa de ganancia. Este segundo bucle, naturalmente, puede comprender elementos adicionales, tales como filtros, pero puede actuar junto con la red para dar forma aún más a la curva de ganancia del amplificador. En una situación, el bucle tiene una curva de respuesta o curva de ganancia con una antirresonancia o caída localizada en el intervalo de frecuencia de 10-100 kHz.

Se pueden encontrar varias tecnologías y soluciones adicionales en las solicitudes en tramitación del Solicitante tituladas "CIRCUITO AMPLIFICADOR" y "UN AMPLIFICADOR CON UN FILTRO DE AL MENOS SEGUNDO ORDEN EN EL BUCLE DE CONTROL".

A continuación, realizaciones preferidas de la invención se ilustran con referencia al dibujo, en donde:

- La figura 1 ilustra una primera realización de un amplificador de energía de clase D según la invención,

- La figura 2 ilustra una segunda realización de un amplificador de energía de clase D según la invención

- La figura 3 ilustra una tercera realización de un amplificador de energía de clase D según la invención

- La figura 4 ilustra una cuarta realización de un amplificador de energía de clase D según la invención

- La figura 5 ilustra una implementación de circuito del nodo sumador 1, tercer filtro de retroalimentación 12 y el primer filtro directo 2, donde el filtro directo 2 es un filtro de paso bajo de primer orden.

- La figura 6 ilustra una implementación de circuito del nodo sumador 1, tercer filtro de retroalimentación 12 y el primer filtro directo 2, donde el filtro directo 2 es un integrador.

- La figura 7 ilustra una implementación de circuito del nodo sumador 1, tercer filtro de retroalimentación 12 y el primer filtro directo 2, donde el filtro directo 2 es un filtro de paso bajo de segundo orden.

- La figura 8 ilustra una implementación de circuito del nodo sumador 4, filtro delantero 3, segundo filtro de retroalimentación 11 y compensador 5, donde el compensador 5 es un amplificador operacional con un capacitor usado como red de compensación 51 en paralelo con una red de diodos 52 conectada entre la salida y la entrada inversora, lo que convierte al compensador 5 en un integrador saturado y donde el filtro directo 3 es una resistencia y un segundo filtro de retroalimentación 11 es un filtro de paso alto.

- La figura 9 ilustra otra red que también puede usarse como red de compensación 51, haciendo del compensador una función que tiene dos polos CC y un cero real.

- La figura 10 ilustra otra red que también puede usarse como red de compensación 51, haciendo del compensador una función que tiene un cero real y dos polos complejos cuya magnitud sólo puede elegirse libremente.

- La figura 11 ilustra otra red que también puede usarse como red de compensación 51, haciendo del compensador una función que tiene un cero real y dos polos complejos de libre elección.

- La figura 12 ilustra una red para uso en el amplificador según la invención cuando se usa como red de compensación 51, haciendo del compensador una función que tiene dos ceros reales y un polo CC y dos polos complejos cuya magnitud sólo puede elegirse libremente.

- La figura 13 ilustra otra red que también puede usarse como red de compensación 51 en un amplificador según la invención, la red hace del compensador una función que tiene dos ceros reales y un polo de CC y dos polos complejos que se pueden elegir libremente.

- La figura 14 ilustra otra red que también puede usarse como red de compensación 51 en un amplificador según la invención, la red hace del compensador una función que tiene tres ceros reales y dos pares de polos complejos cuya magnitud sólo puede elegirse libremente.

- La figura 15 ilustra curvas típicas de la ganancia obtenida por un circuito como el de la figura 8 con la red de compensación 51 de la figura 8 (discontinua, negro), figura 9 (punto de guión, gris), figura 10 (punteada, gris), figura 11 (sólido, gris), figura 12 (punteada, negro) y figura 13 (sólido, negro) usado.

- La figura 16 ilustra otra red que puede usarse como red de retroalimentación 52 para efectuar la saturación del compensador.

- La figura 17 ilustra una implementación de circuito del compensador 5 donde la saturación se aplica implícitamente dejando que el amplificador operacional se enganche contra sus rieles de suministro.

- La figura 18 ilustra una implementación de circuito del compensador 5a para su uso en la realización de la figura 2, donde no se proporcionan medios de saturación sino que se conecta un transistor de efecto de campo a través de la red de compensación 51 para restablecer el compensador.

- La figura 19 ilustra una implementación de circuito del compensador 5a para su uso en la realización de la figura 2, donde se coloca un interruptor en serie con el integrador para mantener la integración pero no restablecer el integrador.

- La figura 20 ilustra una implementación de circuito totalmente diferencial del compensador 5a para uso en la realización de la figura 2 que tiene tres polos (de los cuales dos son un par resonante) y dos ceros, ejecutado usando tres amplificadores operacionales y con interruptores de reinicio en cada capacitor.

- La figura 21 ilustra una implementación de circuito del filtro directo 3 y el segundo filtro de retroalimentación 11 donde el filtro directo 3 es un filtro de paso bajo de primer orden.

- La figura 22 ilustra una implementación de circuito de los nodos sumadores 6 y 7 y el primer filtro de retroalimentación 10 donde el primer filtro de retroalimentación 10 es un filtro de paso alto.

- La figura 23 ilustra una implementación de circuito de los nodos sumadores 6 y 7 y el primer filtro de retroalimentación 10 donde el primer filtro de retroalimentación 10 es un filtro de estante alto.

- La figura 25 ilustra un conjunto según la presente invención, de un amplificador secundario 101, filtro delantero 2, tercer filtro de retroalimentación 12, un cable y una carga donde se conecta la señal de entrada al tercer filtro de retroalimentación 12 en el extremo del cable al que está unida la carga.

- La figura 26 ilustra un conjunto según la presente invención, de un amplificador secundario 101, que está configurado como un amplificador integrador, un amplificador diferencial 13, una carga y un sensor de corriente 14, donde el amplificador integrador está configurado para responder a la diferencia entre la señal de entrada y la señal de salida del sensor de corriente.

- La figura 27 ilustra un amplificador de la técnica anterior con funciones equivalentes aproximadas marcadas, a saber, un filtro de paso alto de primer orden como primer filtro de retroalimentación 10 y un filtro de paso bajo de primer orden como primer filtro directo 2.

- La figura 28 ilustra un amplificador según la invención, que muestra el uso de un filtro de paso alto de segundo u orden superior en el filtro de retroalimentación de primer orden.

- La figura 24 ilustra la curva de ganancia para un compensador con una red de tercer orden y la curva de ganancia obtenida por el efecto combinado de dicho compensador y un bucle de retroalimentación adicional.

En la figura 1, se ilustra un amplificador 100 que tiene una entrada 20, una salida 21, una etapa de ganancia (casillas 8 y 9), cuatro nodos sumadores, 1, 4, 6, 7, un primer filtro de retroalimentación 10, un segundo filtro de retroalimentación 11, un tercer filtro de retroalimentación 12, un primer filtro directo 2, un segundo filtro directo 3 y un compensador 5.

Un amplificador primario se indica como casilla 102 y un amplificador secundario como casilla 101.

Se define una trayectoria directa entre la entrada 20 y la entrada al amplificador primario 101, y se ilustran múltiples trayectorias de retroalimentación, todo entre la salida 21 y un nodo sumador.

Se define una trayectoria de retroalimentación interna entre la salida 21 y el nodo sumador 7, y se define un bucle de retroalimentación interna desde la salida 21, a través del filtro 10, nodo sumador 7, etapa de ganancia del amplificador 8 y el filtro 9.

A través de la entrada 20 se envía una señal de audio al nodo sumador 1. La salida 21 está conectada al nodo sumador 1 a través del filtro de retroalimentación 12. En la realización preferida, el filtro de retroalimentación 12 es una resistencia como se muestra en la figura 5, pero también podría contener un filtro para permitir una mayor configuración de la respuesta de frecuencia del amplificador 100. La salida del nodo sumador 1 se alimenta a un filtro directo 2. En la realización preferida, el filtro directo 2 es un filtro de paso bajo de primer orden como se muestra en la figura 5, con una frecuencia de esquina por encima de la banda de audio. La salida del filtro directo 2 está conectada tanto al nodo sumador 6 como al nodo sumador 4 a través del filtro directo 3. El nodo sumador 4 también recibe la señal de la salida 21 a través del filtro de retroalimentación 11. El nodo sumador 4 alimenta el compensador 5. El compensador 5 alimenta el nodo sumador 6. El compensador está dispuesto de manera que quede desactivado cuando el amplificador satura. La trayectoria de avance tiene porciones paralelas donde una porción comprende el filtro 3, nodo sumador 4 y filtro 5 y donde la otra porción es la conexión directa desde la entrada del filtro 3 al nodo sumador 6.

Se define una trayectoria de retroalimentación desde la salida 21 a través del filtro 11 hasta el nodo sumador 4. Esta trayectoria de retroalimentación forma parte de un circuito de retroalimentación que comprende también el compensador 5, nodo sumador 6 y el amplificador primario 102. De esta manera, el bucle de retroalimentación comprende un circuito de control formado por el filtro 11 y el compensador 5.

En esta realización, el compensador comprende un amplificador operacional, 50, que es una etapa de ganancia compensadora, con una red de compensación capacitiva 51 conectada entre la salida y la entrada inversora del amplificador operacional. Esto se ilustra en la figura 8. Al diseñar circuitos de filtro que emplean redes de retroalimentación alrededor de amplificadores operacionales, es una práctica común proporcionar un duplicado de estas redes de retroalimentación entre tierra y la entrada no inversora del amplificador operacional para obtener un circuito con una entrada diferencial. Entre otras ventajas, esto permite la libre elección de operación inversora o no inversora. Sin embargo, para mayor claridad, dichas redes de retroalimentación duplicadas no se muestran en los dibujos y se implica cualquier inversión necesaria para restaurar la polaridad correcta.

La red de retroalimentación capacitiva más simple, que no es según la presente invención, es simplemente un capacitor como en la figura 8. El circuito resultante es un integrador, es decir, un circuito cuya ganancia es inversamente proporcional a la frecuencia. También se le llama filtro de primer orden o filtro unipolar, siendo el "polo" una frecuencia (real o compleja) donde la ganancia es infinita y donde el "orden" es el número de polos. En un integrador simple, el polo está en (o en la práctica muy cerca) 0 Hz. La relación de Ifb y Vcomp es inversamente proporcional a la ganancia del compensador que se desea que sea alta en el rango de frecuencia de funcionamiento deseado. Para las finalidades de esta divulgación, se entiende por red capacitiva un circuito que genera una corriente de retroalimentación Ifb cuya magnitud relativa a la tensión de salida del amplificador operacional Vcomp aumenta con la frecuencia, al menos en el rango entre el ancho de banda operativo del amplificador y la mitad de la frecuencia de conmutación. Como ejemplo, la relación entre Ifb y Vcomp puede multiplicarse por diez entre 20 kHz y 200 kHz. Como otro ejemplo, la relación entre Ifb y Vout puede multiplicarse por diez entre 80 kHz y 800 kHz. Es más, la relación Ifb/Vcomp es baja en el rango operativo del amplificador descrito para asegurar una alta ganancia del compensador.

En la figura 9, se ilustra una respuesta de segundo orden. Como ejemplo del tipo de respuesta obtenida se muestra en la línea de puntos grises del gráfico de la figura 15. En bajas frecuencias, la ganancia es inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia, como lo demuestra una pendiente descendente de (40 dB/década). A altas frecuencias, la respuesta pasa a una pendiente de primer orden (20 dB/década). Este tipo de comportamiento es muy deseable para los compensadores. El filtro está diseñado de manera que la transición a una pendiente de primer orden ocurra antes del punto donde la ganancia del bucle se vuelve 1, reduciendo así el cambio de fase a un valor suficientemente bajo para permitir un funcionamiento estable. Al mismo tiempo, la pendiente más rápida a bajas frecuencias permite una mayor ganancia de bucle a bajas frecuencias que la que tendría un circuito simple de primer orden. Los refinamientos en la figura 10 y la figura 11, que tampoco son según la invención, sirven para mover la frecuencia, donde la ganancia es mayor, a una frecuencia más alta, a expensas de la ganancia del bucle en CC (gris punteado y gris sólido en la figura 15).

La ganancia del bucle de baja frecuencia se puede aumentar aún más (es decir, aumentar el orden) sin utilizar etapas de amplificación adicionales. Hasta ahora, los compensadores de orden 3 y superiores solo se han implementado utilizando una etapa de amplificación por orden, como se ilustra en la figura 20.

En la figura 8, el terminal de entrada inversora del amplificador operacional 50 funciona como un cortocircuito virtual y la red de compensación 51 es un condensador que actúa como diferenciador, siendo su corriente de salida Ifb la derivada de Vcomp. Dicho de otra manera, Vcomp es la integral del Ifb actual. La red de la figura 9 actúa como un diferenciador en cascada con un filtro de paso alto de primer orden. Esta red se puede ampliar añadiendo secciones de paso alto adicionales. Agregar una sección de paso alto más da como resultado una respuesta como la que se muestra en la línea de puntos y guiones negros en la figura 15. Una resistencia que puentee dos de los tres capacitores (como se muestra en la figura 12) nuevamente moverá dos polos hacia arriba en frecuencia como se muestra en la línea negra punteada en la figura 15. La figura 13 muestra un método para aumentar el Q de los dos polos que no requiere una red T paralela de tres componentes como se necesitaba para producir el mismo efecto en el caso de dos polos de la figura 11. Por último, La figura 14 muestra que el método se puede extender a un número arbitrario de polos conectando en cascada otras secciones de paso alto (opcionalmente con redes paralelas para aumentar la frecuencia de los polos).

Aunque la red de compensación 51 puede implementarse de varias maneras, el uso de componentes pasivos tiene sus limitaciones. Claramente, la salida del conjunto de la etapa amplificadora y la red es la inversa de la característica de la red.

Combinar el compensador (que comprende la etapa de ganancia y la red de compensación 51) con otro bucle de retroalimentación que actúa en paralelo proporciona formas adicionales de afectar la característica general del circuito o amplificador.

En la figura 24, se ilustra un gráfico negro que describe la ganancia de una etapa amplificadora con una red de retroalimentación de tercer orden. Se ve que la transición de la pendiente de tercer orden a la pendiente de primer orden es bastante lenta.

La curva gris se obtiene mediante retroalimentación como se describe a continuación. Esta retroalimentación puede proporcionar una antirresonancia o una caída en la curva de ganancia. Esto proporcionará una caída en la curva de ganancia general, como se ve en la curva gris. Ahora, la transición de la pendiente de tercer orden a la pendiente de primer orden es mucho más localizada, lo que da un mejor rendimiento, en forma de mayor ganancia, en el intervalo de frecuencia audible.

Con referencia a la figura 1, se describen dos trayectorias de retroalimentación, uno a través del filtro 10 y el otro a través del filtro 12.

En una realización de la invención, se observa que en el contexto del amplificador primario 102, el primer filtro de realimentación 10 cumple una función similar a la que cumple la red de compensación 51 en el contexto del compensador 5. Es decir, la ganancia del compensador es aproximadamente inversamente proporcional a la ganancia de la red de compensación 51. Como la red de compensación 51 es una red diferenciadora de orden superior como las mostradas en la figura 9 y siguientes hasta la figura 14, el compensador actuará como integradores de orden superior. De forma similar, la ganancia del amplificador primario 102 es aproximadamente inversamente proporcional a la ganancia del filtro de retroalimentación 10. Por lo tanto, sustituir el condensador en el primer filtro de retroalimentación 10 por una red diferenciadora de orden superior aumentará la ganancia del amplificador primario 102. La cancelación de señal se obtiene nuevamente proporcionando una red similar para el condensador único conocido en el segundo filtro de retroalimentación 11.

La figura 27 ilustra un conocido, circuito simple cuyo rendimiento es aceptable en muchas aplicaciones de audio. En términos de los elementos nombrados en la presente descripción, se puede descomponer como un filtro directo 2, una primera red de retroalimentación 10, una etapa de ganancia 8 y un filtro de salida 9, donde los nodos sumadores 1 y 7 se implementan como uniones de circuito. Modificar el primer filtro de retroalimentación 10 sustituyendo el condensador por una red diferenciadora de orden superior mejora la ganancia del bucle en dicho circuito de una manera económica.

En la realización preferida, se conecta una segunda red de retroalimentación 52 para proporcionar saturación, es decir, para evitar que la tensión a través de la red de retroalimentación capacitiva 51 supere un límite preestablecido. Esta segunda red de retroalimentación puede ser tan simple como un par de diodos antiparalelos como se muestra en la figura 8, o puede ser un circuito más sofisticado como el de la figura 16. En otra realización más, el amplificador operacional 50 simplemente se alimenta a partir de tensiones de suministro elegidos de modo que la salida Vcomp del amplificador operacional 50 esté naturalmente saturada justo fuera del rango operativo normal (figura 17).

Se puede verificar experimentalmente si la cancelación y la saturación de la señal se emplean juntas en el sentido de que el compensador está dispuesto para desactivar su funcionamiento cuando el amplificador primario satura. Primero se aplica una señal de audio a la entrada 20 con una amplitud suficiente para provocar un recorte severo del amplificador primario 102. Como señal de entrada, una onda sinusoidal, que barre continuamente entre 20 Hz y 20 kHz, se utiliza. Se registra el valor pico a pico Vclip de la señal de salida 21. Durante esta prueba, debe observarse la saturación del compensador 50 (observación 1). A continuación, el nivel de la señal de audio se reduce hasta que el valor pico a pico de la señal de salida 21 sea el 70 % de Vclip. Ahora, no debe observarse ninguna saturación del compensador 50 (observación 2). A continuación, la ganancia del primer filtro de realimentación 10 cambia en un 10 % al menos en el rango de CC a 20 kHz. Debe observarse nuevamente la saturación del compensador 50, incluso aunque el amplificador primario 102 esté lejos de recortarse (observación 3). Si las observaciones 1, 2 y 3 son todas verdaderas, el compensador está dispuesto para desactivar su funcionamiento cuando el amplificador primario satura.

Un procedimiento alternativo para establecer si la cancelación y la saturación de la señal se emplean juntas en el sentido de que el compensador está dispuesto para desactivar su funcionamiento cuando el amplificador primario satura, es buscar un cambio drástico en el rendimiento de la distorsión cuando se cambia la ganancia del primer filtro de realimentación 10. En primer lugar, establecer el nivel de recorte del amplificador aplicando una señal de audio sinusoidal a la entrada 20 y ajustando el nivel hasta que la distorsión armónica total mida el 10 %. Después, reducir el nivel de la señal en un 40 % y medir la distorsión. A continuación, cambia la ganancia del primer filtro de retroalimentación en un 10 % y mida la distorsión nuevamente. Si la segunda cifra de distorsión es al menos el doble de la primera cifra de distorsión, el compensador está dispuesto para desactivar su funcionamiento cuando el amplificador primario satura. La prueba se podría realizar a 1 kHz y 6 kHz.

En la segunda realización (figura 2), se agrega un circuito que detecta el recorte del amplificador primario. Existen muchas formas de detectar el recorte. Un método es monitorear la salida del nodo sumador 7 con un comparador de ventana. Durante el funcionamiento normal, la salida del nodo sumador 7 permanecerá dentro de ciertos límites, ya que necesita cruzar cero para que la etapa de salida cambie de estado. Cuando el amplificador primario se recorta, la salida del nodo sumador 7 crecerá mucho más. Esto permite una fácil discriminación del funcionamiento normal o del recorte. Otro método consiste en cronometrar la salida del comparador. Si permanece alto o bajo por más tiempo que un máximo predeterminado, se considera que el amplificador primario está recortando. Otros métodos implican comparar la señal de entrada o salida con límites preestablecidos más allá de los cuales se considera que el amplificador primario está recortando.

La salida del detector de recorte se utiliza luego para controlar los interruptores 53 (mostrados en la figura 18) que cortocircuitan (es decir, reinician) la red de retroalimentación capacitiva 51. Dichos conmutadores pueden implementarse utilizando transistores de efecto de campo. En la figura 18 se muestra una variante que utiliza un solo condensador como red de retroalimentación y un transistor de efecto de campo que actúa como interruptor de reinicio.

De manera alternativa, se puede disponer un interruptor para desactivar una mayor integración. La figura 19 muestra una implementación de un compensador donde se dispone un interruptor para desconectar la entrada del compensador cuando se detecta recorte del amplificador primario, y para volver a conectar la entrada del compensador cuando el amplificador primario vuelve a su funcionamiento normal.

No es necesario construir el compensador utilizando un amplificador operacional y tampoco es necesario que tenga una sola red de retroalimentación. Se pueden crear circuitos funcionalmente equivalentes, por ejemplo, utilizando redes de retroalimentación diferencial, amplificadores operacionales diferenciales o amplificadores operacionales múltiples. En la figura 20 se muestra una implementación de un compensador de tercer orden construido usando tres amplificadores operacionales diferenciales y usando transistores de efecto de campo para restablecer las etapas integradoras individuales. Quedará claro que se muestra que esta implementación indica múltiples variaciones a la vez y que se pueden encontrar muchas combinaciones útiles.

La salida del nodo sumador 6 alimenta el amplificador primario 102. Un amplificador de clase D puede ser autooscilante o accionado por un oscilador. Una implementación autooscilante puede comprender una etapa 8 de ganancia de clase D, un filtro de salida 9 y un filtro de retroalimentación 10. La etapa de ganancia 8 comprende una etapa de energía de conmutación controlada por un comparador (o detector de cruce por cero). La etapa de ganancia 8 conectará su salida a un riel de fuente de alimentación positivo o negativo dependiendo del signo de la señal de entrada aplicada al comparador. Construido de esta manera, el amplificador primario 102 funciona como un amplificador autooscilante. Si se conecta una señal de referencia periódica, como una onda triangular, al terminal no inversor de la etapa de ganancia 8, el amplificador ya no es autooscilante. Su frecuencia de funcionamiento y ganancia estarán determinadas por la frecuencia, forma y amplitud de la forma de onda de referencia. En amplificadores de la técnica anterior, el filtro de retroalimentación 10 se diseñó de modo que la respuesta de frecuencia del amplificador primario 102 fuera lo suficientemente plana para uso de audio. Este no tiene por qué ser el caso en la presente invención, donde el filtro de retroalimentación 10 puede tener una ganancia insignificante en CC. En la realización preferida, el filtro de retroalimentación 10 consta únicamente de una resistencia y un condensador en serie (figura 22). En consecuencia, la respuesta de frecuencia del amplificador primario 102 se aproxima a un filtro de paso bajo con una gran ganancia de<c>C y una frecuencia de esquina baja. En la mayor parte de su ancho de banda utilizable tiene una pendiente descendente de 20 dB/década. A efectos prácticos, el amplificador primario 102 se comporta como un integrador.

En la realización preferida, el filtro directo 3 tiene una ganancia constante (por ejemplo, es una resistencia) y el filtro de retroalimentación 11 es una copia exacta del filtro de retroalimentación 10 con una resistencia en paralelo para tener en cuenta el hecho de que la ganancia de CC del amplificador primario no es infinita, mejorando así la cancelación de la señal. Esto muestra que es ventajoso tener circuitos separados para los filtros de retroalimentación 10 y 11. Esta disposición se muestra en la figura 1. La respuesta de frecuencia del amplificador secundario 101 coincide estrechamente con la respuesta de frecuencia del amplificador primario 102 solo. Puede ser ventajoso optimizar numéricamente el filtro directo 3 y el filtro de retroalimentación 11 juntos para obtener una cancelación mejorada adicional de la señal de entrada de audio en la salida del compensador saturado 5. La figura 21 muestra un ejemplo en el que el filtro directo 3 es un filtro de paso bajo de primer orden.

Se prefiere obtener una respuesta de frecuencia de bucle cerrado que se aproxime a un filtro de paso bajo de orden segundo o superior con la posibilidad de alcanzar una Respuesta de Bessel, Butterworth o Chebyshev o cualquier cosa intermedia. Una forma de construir un filtro de paso bajo de segundo orden con una esquina resonante (que tenga un factor Q superior a 0,5) es colocar dos filtros de paso bajo de primer orden dentro de un bucle de retroalimentación común. Para obtener una respuesta de frecuencia de paso bajo de segundo orden del amplificador 100, el amplificador secundario 101 y el filtro directo 2 se utilizan como partes constituyentes de dicho filtro de paso bajo. El circuito de retroalimentación se cierra a través del filtro de retroalimentación 12 y el nodo sumador 1. En la realización preferida, el amplificador secundario 101 tiene una gran ganancia de CC pero una frecuencia de esquina muy baja. La figura 22 muestra una implementación del primer filtro de retroalimentación 10 que efectuaría dicha respuesta. Por lo general, para obtener dicha característica para el amplificador secundario 101, el primer filtro de retroalimentación 10 debe configurarse para tener una ganancia muy baja en CC y una ganancia alta en frecuencias altas (por ejemplo, la frecuencia de conmutación, 200 kHz, 100 kHz). Si el primer filtro de retroalimentación 10 tiene una ganancia distinta de cero en CC, la frecuencia a la que su ganancia ha aumentado 3 dB por encima de su ganancia de CC debe ser baja (por ejemplo, por debajo de 20 kHz, por ejemplo, por debajo de 2 kHz). Si el primer filtro de realimentación 10 es un filtro de paso alto de primer orden, se puede obtener una respuesta de frecuencia de aproximadamente segundo orden para el amplificador 100 encerrando el amplificador secundario 101 en un bucle de retroalimentación con un filtro directo 2 si el filtro directo 2 está configurado como un filtro de paso bajo de primer orden. La figura 5 muestra una implementación de dicho filtro directo 2. Cualquier frecuencia de esquina y factor Q deseados para la respuesta de frecuencia del amplificador 100 se pueden obtener variando la ganancia y la frecuencia de esquina del filtro directo 2.

Será claro para el experto en la técnica que la misma respuesta de frecuencia para el amplificador 100 está disponible con diferentes opciones de filtro de retroalimentación 10 y filtro directo 2. Por ejemplo, la figura 23 muestra una implementación del filtro de retroalimentación 10 que permite que el amplificador secundario tenga una ganancia de<c>C baja pero, a la inversa, una frecuencia de esquina alta. Posteriormente, la configuración del filtro directo 2 como integrador permite elegir libremente el factor Q de la respuesta de frecuencia del amplificador 100. En la figura 17 se muestra una implementación que configura el filtro directo 2 como integrador. Un objetivo de la invención es que el procesamiento de señal adicional (aquí el filtro directo 2) no afecte la cuerda integrada. Aunque estaría más en línea con la estrategia de diseño de amplificador convencional configurar el filtro directo 2 como integrador, el recorte del amplificador primario haría que la salida del filtro directo 2 siguiera creciendo mientras persistiera el recorte, provocando la liquidación integradora. Por lo tanto, se prefiere configurar el filtro directo 2 como un filtro de paso bajo y configurar el amplificador primario para que tenga una ganancia de CC alta y una frecuencia de esquina baja (por ejemplo, por debajo de 20 kHz, por ejemplo, 1 kHz).

Se desea que el procesamiento de señal adicional proporcione un filtrado de paso bajo entre la entrada del amplificador y el comparador. Dado que el filtro directo 2 es un filtro de paso bajo o un integrador, esto se obtiene.

Se puede obtener un comportamiento de paso bajo de orden superior aumentando el orden del filtro directo 2. Esto puede hacerse, por ejemplo, como se muestra en la figura 7. Esto mejora aún más la atenuación de los componentes de alta frecuencia en la señal de entrada que llegan al comparador.

Se prefiere que el amplificador sea más susceptible a la detección remota. Como se ilustra en la figura 1 a la figura 4, la entrada del tercer filtro de retroalimentación 12 está conectada a la carga independientemente de las entradas del segundo filtro de retroalimentación 11 y del primer filtro de retroalimentación 10. Esto permite conectar la entrada del tercer filtro de retroalimentación 12 en el extremo más alejado del cable que conecta el amplificador y la carga del altavoz, mientras que los filtros de realimentación 11 y 10 pueden conectarse en el extremo cercano. Esta disposición se muestra en la figura 25. Esto es posible porque el filtro directo 2 es un filtro de paso bajo o un integrador, haciéndolo insensible a los componentes de alta frecuencia que pueden estar presentes o faltantes en el extremo más alejado del cable. Además, el filtro directo 2 no depende de la cancelación de la señal para evitar la terminación del integrador, por lo que el error de ganancia introducido por la resistencia del cable no tiene importancia. Por el contrario, conectar el segundo filtro de realimentación 11 en el otro extremo dará como resultado que la señal de salida del compensador se vuelva muy grande.

Al observar la disposición de retroalimentación de teledetección de la figura 25, claramente, si el amplificador secundario 101 está configurado para actuar como un integrador, de hecho, funciona como un amplificador operacional de energía. En una realización, el amplificador secundario 101 está configurado como un integrador, por lo que se puede utilizar en muchas aplicaciones que requieren el uso de un amplificador operacional de energía. La figura 28 muestra una disposición del amplificador secundario 101 utilizado como amplificador operacional de energía junto con un sensor de corriente para actuar como fuente de corriente controlada. El sensor de corriente puede ser una resistencia, un transformador de detección de corriente o un sensor hall. Su salida suele ser una tensión proporcional a la corriente de carga. Esta tensión se resta de la señal de entrada y se aplica a la entrada del amplificador primario 102. La resta se puede realizar utilizando un amplificador de diferencia de ganancia fija simple, pero también se puede proporcionar filtrado adicional.

En la figura 3 se muestra una realización alternativa. Se obtiene de la figura 1 mediante manipulación simple del diagrama de bloques. El filtro 3' ahora combina las funciones de transferencia de los filtros 2 y 3, mientras que el filtro 2' es idéntico al filtro 2 pero ahora solo se inserta en la conexión paralela entre los nodos sumadores 1 y 6. Esto ilustra claramente que es posible desviarse de la estructura exacta de la figura 1 sin cambiar de ninguna manera el funcionamiento del circuito. Este método puede resultar ventajoso al permitir ajustes separados en las dos versiones de H4 (anteriormente filtro 2), mejorando aún más la precisión de la cancelación de la señal.

La figura 4 muestra una implementación en la que el nodo sumador 1 está duplicado junto con su filtro de entrada y retroalimentación 12, que ahora aparece dos veces como 12a y 12b. Aquí también, se puede esperar un beneficio potencial al mejorar la cancelación de la señal, además de permitir diferentes opciones para las etapas de amplificación utilizadas en 2' y 3'.

Será evidente para el experto en la técnica que tal reordenamiento de bloques funcionales puede producir realizaciones adicionales que, sin embargo, no se desvían de las enseñanzas de esta invención. Cuando el primer trayectoria comprende al menos un compensador que se desactiva cuando el amplificador primario satura, se puede proporcionar una segunda trayectoria que no incluye ese compensador pero que comprende al menos un filtro de paso bajo de primer orden.

De ello se deduce que la trayectoria que no comprende el compensador se puede caracterizar siguiendo las etapas de 1) deshabilitar el amplificador primario, 2) desactivar el compensador, 3) aplicar un estímulo sinusoidal a la entrada 20 y 4) medir el nivel de señal encontrado en la entrada del amplificador primario 102. Esta medición se realiza primero a una primera frecuencia que es el doble de la frecuencia de esquina del amplificador 100, produciendo un primer nivel de señal, y repetido en una segunda frecuencia que es cuatro veces la primera frecuencia, produciendo un segundo nivel de señal. Si el segundo nivel es menos de un tercio del primer nivel, la segunda trayectoria se comporta al menos como un filtro de paso bajo de primer orden.

Puede resultar poco práctico aislar la entrada del amplificador primario para este fin, porque los nodos sumadores a menudo se implementan como uniones de circuitos. En ese caso, se puede aplicar un método de prueba alternativo en el que el amplificador funcione normalmente. Dado que el uso de un filtro de primer orden como filtro directo 2 dará como resultado que el amplificador 100 funcione como un filtro de paso bajo de segundo orden, esta característica se puede probar directamente. Para este fin, se conecta un estímulo sinusoidal a la entrada 20 y se mide el nivel en la salida 21. Esta prueba se realiza nuevamente en dos frecuencias. Primero a una primera frecuencia que es el doble de la frecuencia de esquina del amplificador 100, produciendo un primer nivel de señal, en segundo lugar, a una segunda frecuencia que es el doble de la primera frecuencia, produciendo un segundo nivel de señal. Si el segundo nivel es menos de un tercio del primer nivel, la segunda trayectoria se comporta al menos como un filtro de paso bajo de primer orden.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un amplificador de audio (100, 101) que comprende:

• un compensador (5, 3', 3, 2) que tiene:

■ una red (51) que comprende dos puertos entre los cuales se conectan al menos tres condensadores en serie y entre cada par de condensadores se conecta una resistencia a una tensión predeterminada, y

■ una etapa de ganancia (50) que tiene:

■ una entrada de etapa de ganancia, conectado a un puerto y

■ una salida de etapa de ganancia conectada al otro puerto,

• un amplificador primario (102), siendo un amplificador de Clase D que comprende un comparador y una etapa de energía de conmutación controlada por el comparador y un filtro de salida que es un filtro de paso bajo y que se proporciona entre la etapa de energía de conmutación y una salida de amplificador primario, teniendo:

■ un filtro de retroalimentación (10) que es un filtro de paso alto dispuesto entre la salida del amplificador primario y una entrada del amplificador primario,

■ la salida del amplificador primario conectada operativamente a la entrada de la etapa de ganancia y ■ la entrada del amplificador primario conectada operativamente a la salida de la etapa de ganancia, de modo que la etapa de ganancia se proporcione en un circuito de retroalimentación alrededor del amplificador primario.

2. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 1, donde el compensador está configurado para tener al menos dos modos de funcionamiento.

3. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 2, donde en un modo de funcionamiento uno o más condensadores están en cortocircuito.

4. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende uno o más diodos (52) conectados a través de uno o más de los condensadores.

5. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 2, donde, en un modo de funcionamiento, la etapa de ganancia está apagada.

6. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 2, donde, en un modo de funcionamiento, se desconecta una conexión entre la entrada de la etapa de ganancia y la salida del amplificador primario.

7. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 2, donde el compensador está configurado para operar en un modo de operación, cuando el amplificador primario se corta, y en otro modo de funcionamiento, cuando el amplificador primario no está recortado.

8. Un amplificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un elemento operable por el usuario configurado para hacer que el compensador funcione en un modo de operación predeterminado.

9. Un amplificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una segunda red que tiene al menos una resistencia colocada en paralelo con uno o más de los condensadores.

10. Un amplificador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el amplificador primario tiene una frecuencia de conmutación inactiva.

11. Un amplificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un primer bucle que conecta operativamente la salida del amplificador primario a la entrada de la etapa de ganancia.

12. Un amplificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un segundo bucle que conecta operativamente la salida del amplificador primario a la salida de la etapa de ganancia.