NO794305L

NO794305L - Operasjonsforsterker med variabel forsterkning.

Info

Publication number: NO794305L
Application number: NO794305A
Authority: NO
Inventors: Robert Clement Crooks
Original assignee: Barcus Berry Inc
Priority date: 1979-01-26
Filing date: 1979-12-28
Publication date: 1980-07-29
Also published as: GB2040634B; IT1149286B; IT8019494A0; KR830002445A; DK29680A; JPS55100799A; DE3002487A1; GB2040634A; NL8000476A; FR2449365A1; US4260954A; CA1133595A

Description

Belastningsregulert forsterkeranordning.

Foreliggende oppfinnelse gjelder forsterkere og særlig forsterkere som anvendes for å drive reaktive belastninger slik som hoytalere, som også er utsatt for mekaniske påvirkninger som kan gi forvrengning, slik som f.eks.

treghet.

I omkring 40 år og fremdeles i vanlig bruk "har audioforsterkere benyttet seg av det som vanligvis kalles "spenningstilbakekobling" for å forbedre forsterkernes frekvensgang og nedsette forvrengning. Sådan spenningstilbakekobling betegnes i visse tilfeller som en anordning'for "konstant spenning", idet forsterkerens utgangsspenning for en fast inngangsspenning holder seg hovedsakelig konstant over et bredt frekvensbånd eller en stor båndbredde. Vanlige audioforsterkere er således i stand til å frembringe en utgangsspenning for å drive en hoytaler på sådan måte at denne ganske noyaktig folger forsterkerens programmerte inngangsspenning, både med hensyn til kurveform og fase.

Vanlige hoytalere som anvendes som belastning for sådanne forsterkere har imidlertid både elektriske og mekaniske egenskaper som hindrer hoytaleren fra en gang å komme i nærheten av å folge utgangsspenningen, men får i stedet hoytaleren til å avvike vesentlig fra det program som den mottar fra forsterkeren, både med hensyn til amplityde, bolgeform og fase, og resultatet blir da i alminnelighet at hoytalerens akustiske reaksjon er vesentlig forskjellig fra forsterkerens jevne spenningskarakfeeristikk.

En vanlig hoytaler utgjor en reaktiv belastning av induktanstype, og denne elektriske egenskap av belastningen gir et antall forskjellige virkninger som på uheldig måte påvirker hoytalerens reaksjon på det tilforte program. En sådan virkning av den induktive reaktans er at den får belastningsimpedansen til å variere med frekvensen således at impedansen blir hoyere og hoytalerens effekt tilsvarende lavere ved hoyere frekvenser.

Den induktive reaktans av hoytalerbelastningen gjor også at

belastningsstrommen ligger faseforskjovet etter programmet,

og denne faseforsinkelse varierer med frekvensen på

lignende måte som impedansen, idet den blir meget storre ved hoyere frekvenser. Strommens faseforsinkelse påvirker hoytalerens arbeidsfunksjon på mange forskjellige måter. Den nedsetter således den overforte effekt til hoytaleren, og denne nedsettelse er storre ved hoyere frekvenser. En stor del av den effekt som ikke overfores til belastningen på grunn av faseforskyvningen forbrukes i stedet som varme i forsterkerens utgangskrets, og dette gjor at denne i sin tur må utstyres med storre og dyrere utgangstransistorer. Faseforsinkelsen forvrenger også vanligvis programmets kurveform og har en tendens til å viske ut detaljer i programmet.

Vanlige kretser for spenningstilbakekobling er ikke i stand til å korrigere hverken for impedansevariasjonen med frekvensen eller faseforsinkelsen, og forsterkerindustrien har ganske enkelt lært å leve med disse uheldige virkninger av hoytalerbelastningens induktive reaktans. Grammofonplate-produsenter har benyttet kompensasjoner av forskjellig art, særlig for å forsoke å forbedre frekvensgangen, men såldanne kompensasjoner er bare delvis vellykket og innforer sine egne forvrengninger i det overforte program.

De viktigste mekaniske faktorer som på uheldig måte påvirker hoytalerens arbeidsfunksjon er treghetsforskyvning og oversving på grunn av hoytalerens svingende masse, samt forskjellige resonnanser, særlig hoytalerens konusresonnans i åpent rom, men også hoytalerkabinettets resonnans samt romresonnansen.

De uheldige virkninger av tregheten, og særlig treghets-oversinget på audiosysterners arbeidsfunksjon er åpenbart hittil ikke fullt ut forstått, og er i alle fall ikke blitt behandlet med den oppmerksomhet som de krever. I henhold til oppfinnelsen er det imidlertid funnet ved sammenligning av den akustiske funksjon ved konvensjonelle systemer med systemer i henhold til foreliggende oppfinnelse hvor treghetsvirkningene er blitt fullstendig overvunnet, at massetregheten faktisk er en av de viktigste faktorer som forringer hoytalerens arbeidsfunksjon i vanlige hoytalersystemer.

I vanlige hoytalersysterner får treghetsforsinkelsen hoytaleren til å ligge etter skarpt stigende bolgefronter i programmet, således at den ikke i tilstrekkelig grad reagerer på høy-frekvente overtoner og transienter i programmet. På den annen side medforer også treghetsoversving flere problemer, blant annet en lignende svikt når det gjelder å reagere på raskt fallende bolgeflanker, således at høyfrekvente overtoner og transienter maskeres, samtidig som ekstra stromsignaler opptrer i belastningen, hvilket resulterer i tilsvarende ekstra lydkomponenter som ikke bare blandes inn i de tilsvarende avsnitt av programmet, men gjor seg gjeldende i åpne avsnitt av dette og derved overdekker de viktige lydeffekter i romakustikken.

Treghetsoversvinget og fasevariasjonene med frekvensen har lignende uheldige virkninger på kompliserte bolgeformer. Når det gjelder treghetsoversving har således hoytaleren en tendens til å gå direkte forbi hoyfrekvensovertoner og transienter, således at disse maskeres og erstattes med uvedkommende signaler. Med hensyn til faseforsinkelsens variasjoner med frekvensen vil de hoyfrekvente overtoner og transienter ha en meget storre faseforsinkelse enn programmets grunnfrekvenspulser, og disse programkomponenter forskyves således bakover i programmet og blir uvedkommende ekstra-signaler. Ved forholdsvis kompliserte bolgeformer, slik det forekommer i musikk, forer folgelig kombinasjon av treghetsoversving og faseforsinkelsesvariasjoner med frekvensen til at en del av hoytalerens avgitte lydeffekt opptrer som stoykomponenter som ikke har noe sammenheng med musikk-programmet. Dette samspill av faseforsinkelse og oversving med hoyfrekvente overtoner forer sammen med den tiltagende hoytalerimpedans ved hoye frekvenser til alvorlige forvrengninger i musikk- og tale-programmer.

Mange av de ovenfor angitte problemer i audiosystemer foreligger også i forskjellige andre elektrisk drevne belastninger som har elektrisk reaktans eller har en tendens til treghetsforsinkelse eller treghetsoversving, eller eventuelt påvirkes av andre mekaniske faktorer som soker å forandre belastningens bevegelse på annen måte enn det som foreskrives av det tilforte program. Skjærhoder for grammofoninnspilling har hovedsakelig samme problemer med hensyn til induktiv reaktans og massetreghet som en hoytaler. Kapasitive belastninger, slik som kapasitetshoytalere har reaktansegenskaper som ikke kan tilpasses vanlige forsterkere. Direkte skrivende galvanometre, slik som penn-skrivere, samt også optiske galvanometre av den art som anvendes ved lydfilm, har problemer med hensyn til reaktans og massetreghet av samme art som for en hoytaler. Ved drift av mekanismer hvor belastningen er sterkt reaktiv og mekanismen omfatter vesentlig massetreghet, vil noen av de problemer som er omtalt ovenfor i forbindelse med hoytalere, opptre i forsterket form. Stort effekttap i forsterkernes utgangskrets på grunn av faseforsinkelse er således kostnadskrevende og vanskelig å komme til rette med i denne type utstyr. Problemer av samme art som ved hoytalere opptrer også i styremekanismer for kjoretoyer, slik som automatiske styremekanismer for fly og skip, samt fjernstyringsutstyr for å drive styreorganer for fly, skip og store landkjor etoyer.

Den meget mangelfulle impedans/frekvens-karakteristikk for en enkelt hoytaler forbedres i de fleste audio-anlegg ved anvendelse av flere hoytaler med fordelingskretser, men saådanne anlegg kan bli ganske dyre hvis de omfatter et stort antall hoytalere. Visse anlegg loser imlertid ikke de mer alvorlige problemer som skriver seg fra hoytalernes induktive reaktans samt deres faseforsinkelse og faseforsinkelsens variasjoner med frekvensen. I disse anlegg er det videre ikke gjort forsok på å lose de viktige mekaniske problemer i' forbindelse med treghetsforsinkelse og oversving. Skjont fordelingskretsene forbedrer anleggets impedans/frekvens-karakteristikk, innforer de også ytterligere problemer, innbefattet faseproblemer og steile impedans-okninger i nærheten av overgangspunktene.

Forskjellige konstruksjoner av hoytalerkabinett, som i

mange tilfeller kan være av meget komplisert og kostands-krevende utførelse, anvendes også som forsok på å redusere hoytalerens mekaniske problemer og derved forbedre dens arbeidsfunksjon. Skjont visse kabinettutforelser faktisk nedsetter hoytalerens fri konusresonnans ved lave frekvenser, innforer de også ytterligere problemer, slik som f.eks. kabinettresonnanser og uonsket dempning, samtidig som de på ingen måte overvinner de viktigste mekaniske svakheter med hensyn til treghetsforsinkelse og oversving.

De tiltak som for nærværende gjores på dette fagområde for å redusere høytalernes treghetsoversving går ut på å heve deres "dempningsfaktor" i så hoy grad som mulig. Uttrykket "dempningsfaktor" betyr på dette fagområde forholdet mellom nominell hoytalerimpedans og forsterkerens utgangsimpedans. Dempningsfaktorer så hoye som 800 eller mer angis av produsentene. Ved sådan angivelse av "dempningsfaktoren" overser man imidlertid fullstendig det forhold at når det gjelder den virkelig foreliggende dempning ser hoytaleren faktisk inn i sin egen motstand i serie med forsterkerutgangen i dempkretssloyfen, således at den beste virkelige dempningsfaktor som kan oppnås faktisk er av størrelsesorden omkring 1,3. Disse tiltak i den passive krets bidrar således ikke meget til å motvirke hoytalerens treghetsoversving.

Foreliggende oppfinnelse gjelder i sin mest omfattende definisjon en differensiell operasjonsforsterker med variabel forsterkning samt ikke-inverterende og inverterende inngang og en utgang, idet forsterkeren videre omfatter en ikke-inverterende motstandsinnretning koblet til den ikke-inverterende inngang, og en inverterende motstandsinnretning koblet til den inverterende inngang, mens operasjonsforsterkeren er ubalansert ved at den ikke-inverterende motstandsinnretning har mindre motstandsverdi enn den inverterende motstandsinnretning.

Oppfinnelsen gjelder også en aktiv tilbakekoblingskrets for en forsterkeranordning koblet til en belastning,, idet denne krets omfatter en folerinnretning med et par utganger for å avgi et dif f erensielt spenningssignal som varierer hovedsakelig i samsvar med belastningsstrommen, en differensiell operasjonsforsterker med ikke-inverterende og inverterende inngang samt en utgang, en ikke-inverterende motstandsinnretning koblet mellom den ikke-inverterende inngang og en av folerinnretningens utganger, samt en inverterende motstandsinnretning koblet mellom den inverterende inngang og den annen av folerinnretningens utganger, således at den differensielle operasjonsforsterker avgir et tilbakekoblingssignal for forsterkeranordningen fra sin utgang som varierer i samsvar med belastningsstrommens variasjoner. Oppfinnelsen angår videre et belastningskorrigerende system for en programforsterkeranordning med en programinngang samt en programutgang koblet til en belastning , idet systemet omfatter en differensialforsterkerinnretning i program-forsterkeranordningen med en inngang for programspenningssignalet samt en inngang for et tilbakekoblet spenningssignal, ' en folerinnretning tilordnet belastningen og utstyrt med et par utganger for frembringelse av et differensialspenningssignal som varierer hovedsakelig i samsvar med belastningsstrommen, en differensialoperasjonsforsterker med ikke-inverterende og inverterende inngang samt en utgang, elektriske forbindelser mellom folerinnretningens utganger og de respektive innganger for differensialoperasjonsforsterkeren, samt elektriske forbindelser mellom utgangen for differensialforsterkeren og nevnte inngang for tilbakekoblet spenningssignal, således at differensialoperasjonsforsterkeren overforer et korrigerende tilbakekoblingssignal til differensialforsterkerinnretningen for øyeblikkelig regulering av programforsterkeranordningensforsterkning for å kompensere for belastningsstrommens avvik fra programmet.

I oppfinnelsen er også inkludert en fremgangsmåte for å gi en differensialoperasjonsforsterker en forsterkning som varierer for varierende differensielle inngangsspennings-signaler, idet fremgangsmåten går ut på at såvel den ikke-inverterende som den inverterende inngang for differensial-operas j onsf orsterkeren forsynes méd en motstandsinnretning, og motstandsverdien av den ikke-inverterende motstandsinnretning gjores mindre enn motstandsverdien for den inverterende motstandsinnretning.

Nærmere bestemt går oppfinnelsen ut på at en aktiv tilbake-kbblingskrets uavbrudt avfoler belastningsstrommen representert ved spenningsfallet over en liten motstand i serie med belastningen, og denne spenningsforskjell*

overfores til en differensialoperasjonsforsterker som frembringer et tilbakekoblingssignal hovedsakelig direkte avhengig av, skjont ikke nødvendigvis proporsjonal med belastningsstrommens variasjoner. Dette tilbakekoblingssignal anvendes som en varierende potensialreferanse for en differensialforsterker i det programf orsterkende nettverk for kontinuerlig å variere sammenlignings- eller differensialsignalinngangen for en sådan programdifferensial-forsterker i samsvar med variasjonene av den belastningsstrom som frembringes av programmet. Den effektive forsterkning som programdifferensialforsterkeren gir programmet reguleres således på denne måte kontinuerlig og med øyeblikkelig virkning for å frembringe et korrigert programspenningssignal på forsterkerutgangen, således at belastningsstrommen tvinges til hovedsakelig å være i samsvar og synkron med programspenningssignalet både med hensyn til kurveform og fase. Enhver forandring i belastningsstrommen som ikke forårsakes av selve programmet, men i stedet frembringes av en eller annen belastningsavhengig faktor, slik som reaktiv faseforskyvning, utilsiktede strømmer på grunn av massetreghet, resonnanse-strom-variasjoner, forandringer i belastningsimpedansen på grunn av frekvensvariasjoner e.l., vil opprette en øyeblikkelig korreksjonsforandring i tilbakekoblingssignalet, som i sin tur uten opphold foretar en korrigerende regulering av forsterkerens forsterkning. Inngangsbalansen for den differensialoperasjonsforsterker som anvendes i den aktive tilbakekoblingskrets i henhold til oppfinnelsen kan være innstilt eller justert til å ligge mellom en hovedsakelig balansert tilstand hvor i det vesentlige konstant strom-tilbakekobling foreligger, og en ubalansert tilstand hvor hovedsakelig konstant effekttilbakekobling foreligger. I

området mellom disse to driftstilstander vil den aktive tilbakekoblingskrets i henhold til oppfinnelsen effektivt tvinge belastningen til samsvar med programmet på tross av de forskjellige motsatt rettede tendenser frembragt av faseforskyvninger, treghetsforsinkelse og treghetsoversving samt resonnanser.

De ovenfor angitte og andre formål for oppfinnelsen vil bli bedre forstått ut i fra folgende beskrivelse under henvisning til de vedfoyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er et koblingsskjerna som anskueliggjør belastningsreguleringen i henhold til oppfinnelsen integrert i en forsterkerkrets, . Fig. 2 er et koblingsskjerna som viser en annen utforelsesform av oppfinnelsen, hvor forsterkerens belastnings-regulering er anordnet utenfor effektforsterkeren, Fig. 3 er et koblingsskjerna som viser differensialoperasjonsforsterkeren i den aktive tilbakekoblingskrets i henhold til oppfinnelsen, adskilt fra resten av tilbakekoblingskretsen og opptegnet på mer konvensjonell måte, Fig. 4 viser impedans/frekvens-kurver for en typisk hoytaler med nominell impedans 8 ohm ved 400 Hz, Fig. 5 viser oscilloskop-kurver for en forsterkers utgangsspenning og belastningsstrom ved en belastning som utgjores av en spole, utledet fra en vanlig spenningsforsterker med jevn frekvensgang og som ikke er korrigert i henhold til foreliggende oppfinnelse, Fig. 6 er en avbildning av samme art som fig. 5, men utledet fra en forsterker korrigert av belastningsreguleringen i henhold til foreliggende oppfinnelse, Fig. 7 er en avbildning av samme art som fig. 5, men i det tilfelle belastningen utgjores av en vanlig hoytaler, Fig. 8 er en avbildning av samme art som fig. 6, men i det tilfelle belastningen utgjores av en vanlig hoytaler og forsterkeren er belastningsregulert i henhold til foreliggende oppfinnelse, Fig. 9 viser skjematisk en kurveform som anskueliggjør faseforskyvning av hoyfrekvenskomponenter i forhold til grunnkomponentene i programmet, Fig. 10 er en skjematisk opptegning av samme art som fig. 9, men som anskueliggjor treghetsoversving, og Fig. 11 er en skjematisk opptegning av en forsterkers utgangskrets og tilkoblet hoytaler, for å vise de kretskomponenter som inngår i den faktiske dempningsfaktor for en kombinasjon av forsterker og hoytaler.

Det skal nå henvises til tegningene hvor fig. 1 er et koblingsskjerna som angir en utforelsesform av foreliggende oppfinnelse,iidet tilfelle Belastningsreguleringen i henhold til oppfinnelsen direkte inngår i forsterkerkretsen. Koblingsskjemaet i fig. 1 kan betraktes som bestående av to hoveddeler, nemlig en forsterkerkrets 10 for programsignalforsterkning i den ovre del av skjemaet, samt en aktiv tilbakekoblingskrets 12 i den nedre del av skjemaet.

Forsterkerkretsen 10 for programsignalforsterkning utgjores av en effektforsterker med en differensialforsterker 14 på inngangssiden og hvis utgang 16 er koblet til inngangen 18

for effektorganene som i sin helhet er betegnet med 20 og kan utgjores av vanlige effektforsterkerkomponenter. Differensialforsterkeren 14 på inngangssiden kan være av vanlig utforelse og ha en differensialinngang og en utgang i fase. Programsignalet tilfores på vanlig måte f.eks. gjennom en inngangsjack eller koblingsledd 22 til den ikke-inverterende inngang 24 av inngangsdifferensialforsterkeren 14, idet inngangsspenningen hensiktsmessig betegnes med E^n. Den inverterende inngang 26 for differensialforsterkeren 14 er gjennom en kapasitet 28 koblet til den ene side av en

f or ster kningsbes temmende motstand 30, hvis annen side er forbundet med jord, mens en tilbakekoblingsmotstand 32 er koblet mellom utgangen 16 og den inverterende inngang 26 for differensialforsterkeren 14.

Den krets som er beskrevet ovenfor i forbindelse med inngangsdifferensialforsterkeren 14 er stort sett av normal art for en forforsterker, og forsterkningen i en sådan differensialforsterker er gitt ved uttrykket:

hvori Eq er utgangsspenningen fra differensialforsterkeren 14, R- er tilbakekoblingsmotstanden 32 og er den forsterkningsbestemmende motstand 30. Med de kretskomponentverdier som er

47

angitt som eksempel i fig. 1, fås Eq = E^n . (— +1), hvilket således angir en forsterkning på 48 for forsterkeren 14. Forsterkerkretsen 10 for programsignal omfatter et vanlig nettverk for spenningstilbakekobling, således at dens utgangsspenning vil være hovedsakelig konstant for en konstant inngangsspenning tilfort inngangssiden av differensialforsterkeren 14.

I henhold til foreliggende oppfinnelse avfoler imidlertid den aktive tilbakekoblingskrets 12 kontinuerlig den foreliggende oyeblikksverdi av strommen i den belastning som drives av forsterkerkretsen 10 for programsignalet, og frembringer på dette grunnlag en tilbakekoblingsspenning E som representerer oyeblikksverdien av belastningsstrommen, samt overforer denne tilbakekoblingsspenning E Xtil den inverterende inngang 26 for inngangsdifferensialforsterkeren 14 over en tilkobling 34 mellom kapasiteten 28 og den forsterkningsbestemmende motstand 30. Dette oppretter kontinuerlig en spenningssammenligning oyeblikksverdiene av programsignalet og belas tningsstrommen på differensialinngangen for forsterkeren 14.

Mens en konvensjonell differensialforsterkerkrets har et fast potensialreferansepunkt, f.eks. jord, forbundet med sin inverterende inngang og som programsignalet sammenlignes med for forsterkning tilsvarende en fast verdi, vil den utforelsesform av oppfinnelsen som er angitt, som eksempél i figal frembringe et referansepunkt E med varierende potensial som således kontinuerlig forandrer; det sammen-lignende inngangssignal eller differensialsignalinngangen til differensialforsterkeren 14 i samsvar med oyeblikks-variasjonene av den belastningsstrom som frembringes av programsignalet E^n, således at den effektive forsterkning som differensialforsterkeren 14 gir programsignalet Ein kontinuerlig regulerés for å gi et sådant korrigert programspenningssignal til belastningen at belastningsstrommen tvinges til hovedsakelig å være i overensstemmelse og synkron med programspenningssignalet E^nbåde med hensyn til kurveform og fase. Med det varierende potensialref eranse-punkt E som påtrykkes den inverterende inngang 26 for differensialforsterkeren 14, kan forsterkningen i differensialforsterkeren 14 nå uttrykkes på folgende måte:

hvor Eq er utgangsspenningen for differensialforsterkeren 14, er tilbakekoblingsmotstanden 32 og R2er den forsterkningsbestemmende motstand 30.

Som det senere vil bli beskrevet i detalj i forbindelse med den aktive tilbakekoblingskrets 12, varierer tilbakekoblingssignalet E hovedsakelig direkte i,samsvar med, skjont ikke nodvendigvis proporsjonalt med belastningsstrommens variasjoner, hvilket vil si at en senkning av belastningsstrommen vil fore til en senkning av E X, mens en okning av belastningsstrommen vil fore til en okning av E X, idet forsterkningen i den aktive tilbakekoblingskrets 12 er innstilt slik at verdien av E normalt ligger tilstrekkelig

under verdien av E. til å gi den onskede forsterkning i

in

effektforsterkeren 10, f.eks. en forsterkning på omkring 30. Fra ligningen like ovenfor vil det innsees at hvis

belastningsstrommen et oyeblikk skulle bli unormalt lav i forhold til E^n, slik som f.eks. i det tilfelle reversert belastningsstrom frembringes av hoytalerens treghetsoversving, vil den resulterende reduksjon i E oke uttrykket (E. - E ) således at forsterkningen i inngangsforsterkeren 14 tiltar og avgir en kompenserende spenning til belastningen. Hvis belastningsstrommen på tilsvarende måte skulle bli unormalt hoy i forhold til Ein, f.eks. i det tilfelle hvor faseforsinkelse i induktiv belastning fortsetter å oppta for hoy strom etter en reduksjon i E^n, eller fortsetter å frembringe strom i det tilfelle Ein er blitt lik 0, vil den resulterende reduksjon eller til og med polaritetsveksling av trykket (E^n- Ex) nedsette eller vende om polariteten av forsterkningen i inngangsforsterkeren 14, for derved å frembringe en kompenserende nedsatt eller reversert spenning i belastningen.

Utgangen 36 for effektforsterkeren 10 er gjennom en leder 38 koblet til den ene side av belastningen 40, hvis annen side er forbundet med jord. Den viste belastning 40 er en hoytaler som uten den frembragte kompensasjon ved den aktive tilbakekoblingskrets 12 i henhold til foreliggende oppfinnelse, ville ha et akustisk utgangssignal som ville avvike betraktelig fra det tilforte program på grunn av hoytalerens induktive reaktans og dens massetreghet samt andre mekaniske faktorer som påvirker hoytalerens bevegelse, slik som hoytalerens fri konusresonnans ved lave frekvenser, hoytalerens kabinettresonnans og dempning, samt romakustikk-virkninger siik som stående bolger ved bassfrekvenser. Den induktive reaktans av hoytaleren uten den korrigerende krets i henhold til foreliggende oppfinnelse ville få belastningsstrommen (og således også utgangseffekten) til å ligge faseforskjovet etter det tilforte program, samt variasjoner av belastningsimpedansen (og således også effekten) på grunn av okende reaktans med frekvensen samt også tilfort av fordelings -nettverk. Hoytalermembranens masse ville i fravær av det korrigerende nettverk i henhold foreliggende oppfinnelse fore til treghetsforsinkelse og treghetsoversving med resulterende programmaskering, effekttap og vilkårlig utilsiktet lyd. samtidig som forskjellige andrernekaniske faktorer som påvirker hoytaleren, slik som forskjellige resonnanser, i betydelig grad vil forandre dens effektive impedans og frembringe utilsiktede lydkomponenter. Noen av de særlig betydningsfulle avvik i hoytalerens belastningsstrom og effekt i forhold til det tilforte program samt de akustiske virkninger av disse forhold vil bli nærmere beskrevet i det folgende i forbindelse med fig. 4 - 13 på tegningene.

Skjont den spesielle forsterkerbelastning som er beskrevet her er en hoytaler med induktiv reaktans, bor det forstås at foreliggende oppfinnelse også med fordel kan anvendes for å korrigere avvik i strom og således også effekt i belastningen i forhold til det tilforte program i en hvilken som helst elektrisk drevet belastning med elektriske resonnanser eller som har en tendens til treghetsforsinkelse eller treghetsoversving, eller eventuelt har andre mekaniske egenskaper som soker å forandre belastningens bevegelse på annen måte enn det som er foreskrevet av det tilforte program. Flere eksempler på andre belastninger enn hoytalere og som kan gjores til gjenstand for foreliggende oppfinnelse, er angitt nedenfor som utforelseseksempfer uten at dette er ment som noen begrensning av oppfinnelsens anvendelsesområde.

En annen belastningstype hvor foreliggende oppfinnelse kan finne anvendelse, og som hovedsakelig omfatter de samme problemer i forbindelse med induktiv reaktans og massetreghet som en hoytaler/ er et skjærehode for grammoféninnspilling. Ved vanlig;"anvendt teknikk kan således ikke lydinf ormas jon om stemmer og musikalske instrumenter skjæres inn i en grammofonplate uten meget horbar forvrengning, idet treghetsoversving av hodet hindrer dette fra å noyaktig folge plutselige signaloverganger. Oljedemping anvendes for tiden som et forsok på å nedsette virkningene av massetreghet, men dette påvirker også på uheldig måte den noyaktige folging av transientene. Anvendelse av foreliggende oppfinnelse i forbindelse med den forsterker som driver skjærehodet vil imidlertid gi en positiv bevegelsesstyring av skjærehodet opp til full utgangseffekt for forsterkeren, for derved å tvinge skjærehodet til noyaktig å folge det tilforte program.

En kapasitiv belastning vil også frembringe sådanne faseforskyvninger og variasjoner i frekvensgangen som kan korrigeres ved utnyttelse av foreliggende oppfinnelse i forbindelse med den drivende forsterker. Et eksempel på sådan kapasitiv belastning er en kondensatorhoytaler, hvis reaktansegenskaper ikke kan tilpasses konvensjonelle forsterkere. Et annet eksempel på en kapasitiv belastning hvis frekvensgang kan forbedres ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, er den såkalte "Audioplate"-hoytaler som fremstilles av Barcus-Berry, Inc. i Huntington Beach, California og er beskrevet i US patentskrift nr. 4.048.454.

Forelaggende oppfinnelse kan også anvendes for å synkronisere utgangssignalet med det tilforte program til et hvilket som helt direkte skrivende galvanometer, slik som f.eks. en penn-skriver. Oppfinnelsen kan også benyttes til å synkronisere utgangssignalet med programmet i et optisk galvanometer, f.eks. av den art som anvendes i forbindelse med lydfilm.

Ved elektrisk drift av maksindeler, f.eks. i en drivhammer hvor belastningen er sterkt reaktiv og omfatter betraktelig massetreghet samtidig som effektbehovet er stort, vil ved vanlig forsterkerteknikk reaktansen og treghetsvirkningene forårsake betydelige effekttap i selve forsterkeren, hvilket vil kreve anvendelse av store og dyre transistorer i forsterkeren for at denne skal kunne oppta de kraftige strommer ved toppbelastninger, samtidig som det kreves uhensiktsmessig stort og dyrt utstyr i sin alminnelighet på grunn av den lave virkningsgrad av et sådant system. Anvendelse av foreliggende oppfinnelse i forbindelse med forsterkere som driver sådanne store, sterkt reaktive belastninger vil i hoy grad nedsette effektapene i driv-forsterkerne, i mer effektiv effektoverforing til belastningen samt oppnå mer effektiv arbeidsfunksjon for belastningen på grunn av at den vil arbeide i samsvar med de driftparametre som er bestemt av det tilforte program.

Enda et ytterligere eksempel på utstyr hvor foreliggende oppfinnelse kan anvendes i forbindelse med en drivforsterker for å forbedre både utstyrets arbeidsfunksjon og virkningsgrad er styreutrustning for fartoyer, slik som f.eks. automatiske styremekanismer for luftfartøyer og skip, samt fjernstyringsutstyr for drift av styreelementer for fly, skip samt store landkjoretoyer o.l.

I forbindelse med både grammofoninnspilling og hoytalere har således verdien av "direkte tilfort" musikkopptag og avspilling (til forskjell fra mikrofon-opptak) hittil gått tapt ved anvendelse av konvensjonelle forsterkere, men kan gjenvinnes enten i et skjærehode for grammofoninnspilling eller i en hoytaler ved utnyttelse av foreliggende oppfinnelse i'forbindelse med vedkommende drivende forsterker.

Typisk utnyttelse av foreliggende oppfinnelse i audio-systerner kan finnes i forbindelse med musikkforsterkere, hifi-forsterkere, forsterkere for høytaleranlegg, forsterkere for studio-monitorer og lignende.

Det grunnleggende formål for foreliggende oppfinnelse er å korrigere belastningens effektutgang, f.eks. den avgitte akustiske effekt fra en hoytaler 40, på sådan måte at den er i nøyaktig samsvar med den programinformasjon som tilfores forsterkerens inngang, slik som f.eks. den programinformasjon som er representert ved E^npå inngangssiden av differensialforsterkeren 14, uavhengig av de uregelmessigheter som frembringes av belastningens reaktans eller dens massetreghet, eller eventuelt andre mekaniske faktorer. I henhold til oppfinnelsen er det funnet at praktisk talt alle utgangs-effektreaksjoner i en belastning har tilsvarende belastningsstrom-komponenter, uansett om disse komponenter utgjores av belastningsdrivende strømmer frembragt av forsterkeren eller en stromkomponent frembragt av belastningen selv, f.eks. av et opphorende induktansfelt, elektromotorisk kraft frembragt av hoytalerens oversving, eller andre prosesser.

Et signal tilsvarende oyeblikksverdien av belastningsstrommen

avfoles således kontinuerlig for å frembringe inngangs-

signal til deri aktive tilbakekoblingskrets 12 ved hjelp av en meget liten folende eller detekterende motstand 42 anordnet i lederen 38 i serie med belastningen 40. Det er onskelig at denne avfolende motstand 42 er tilstrekkelig liten til at den ikke opptar noen vesentlig del av forsterkerens utgangseffekt, og en motstand på 0,1 ohm er funnet tilfredsstillende for å mote dette krav, samtidig som den gir tilstrekkelig regulerings

-signal til å drive den aktive tilbakekoblingskrets 12.

Hvis f.eks. belastningen 40 er en 4 ohm hoytaler, vil således folermotstanden 42 bare oppta omtrent 1-/40 av utgangseffekten. Hvis det således J.antas at forsterkeren avgir 100 watt til belastningen på 4 ohm, vil folermotstanden bare forårsake et tap på omkring 2^ watt av de 100 watt som avgis fra forsterkeren, og dette ringe effekttap vil ikke ha noen uheldige folger i betraktning av de store effektbesparelser som oppnås ved foreliggende oppfinnelse. Hvis på den annen side belastningen 40 er en 8 ohm hoytaler, som er hensiktsmessig ved hifi-utstyr, vil bare omkring 1/80 av utgangseffekten bli forbrukt i folermotstanden 42, således at hvis den avgitte effekt fra forsterkeren er 100 watt , vil det bare foreliggende et effekttap på 1,25 watt i folermotstanden 42.

Det spenningssignal som fremkommer over folermotstanden 42

og representerer strommen gjennom belastningen 40, tilfores en ddifferensialoperasjonsforsterker 44 som utgjor en del av den aktive tilbakekoblingskrets 12. Operasjonsforsterkeren 44 har en ikke-inverterende inngang 46, en inverterende inngang 48 samt en utgang 50. Forsterkersiden 52, som er den side av folermotstanden som har hoyest potensial, er koblet til den ikke-inverterende inngang 46 av operasjonsforsterkeren 44 gjennom en inngangsmotstand 54, mens belastningssiden 56, som er den side av folermotstanden 42 som har lavest potensial, er koblet til den inverterende inngang 48 av differensialoperasjonsforsterkeren 44 gjennom en annen inngangsmotstand 58.

Skjont inngangsmotstandene 54 og 58 til differensialoperasj onsf orsterkeren kunne være koblet direkte til henhv. ovre og nedre side 52 og 56 av folermotstanden, foretrekkes det i praksis å fore disse forbindelser gjennom hvert sitt trimmer-potensiometer 60 og 62. Dette gjor det mulig å senke den alminnelige spenning som overfores til differensialforsterkeren 44 fra effektforsterkeren 10 i tilstrekkelig grad til å unngå enhver mulig skade på differensialforsterkeren 44. I annet fall kan forsterkeren 44 lett skades av et stort spenningsutsving, som kan være av en storrelse omkring 40 volt ved hoy utgangseffekt fra forsterkeren av størrelsesorden ca. 200 watt.

En tilbakekoblingsmotstand 64 er koblet mellom utgangen 50 og den inverterende inngang 48 av differensialforsterkeren 44, mens en balansemotstand 66 er koblet mellom den ikke-inverterende inngang 46 av forsterkeren 44 og jord.

Balansetilstanden for differensialforsterkeren 44 er bestemt ved de realtive verdier av de inngangsmotstander 54 og 58 som henhv. er tilknyttet forsterkerens inverterende og ikke-inverterende inngang, samt de relative verdier av de motstandsavsnitt av trimmerne 60 og 62 som ligger i serie med de respektive inngangsmotstander 54 og 58, idet det antas at tilbakekoblingsmotstanden 64 og balansemotstanden 66 er like store. Dette er et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse og vil bli nærmere behandlet senere i forbindelse med fig. 3, som for å lette forståelsen viser differensialforsterkeren 44 tatt ut fra resten av den aktive tilbakekoblingskrets 12 og opptegnet på en måte som vil lette forståelsen.

Differensialforsterkeren 44 vil som reaksjon på det differensialsignal som den mottar fra spenningen over folermotstanden 42, frembringe en utgangsspenning som varierer vanligvis direkte i avhengighet av, skjont ikke nødvendigvis proporsjonalt med stromvariasjonene gjennom belastningen 40. Dette utgangssignal overfores til en operasjonsforsterker 68 som gjor tjeneste som lineær forsterker for innstilling av basisforsterkningen i den aktive tilbakekoblingskrets 12, og forsterkeren 68 „:avgir så tilbakekoblingssignalet E til koblingspunktet 34 som er tilordnet den inverterende inngang 26 for inngangsforsterkeren 14.

Forsterkeren 68 har sin ikke-inverterende inngang 70 forbundet med utgangen 50 for differensialforsterkeren 44, samtidig som denne ikke-inverterende inngang 70 gjennom en inngangsmotstand 72 er forbundet med jord. Utgangen 74 for forsterkeren 68 er forbundet med koblingspunktet 34, men er også koblet tilbake til den inverterende inngang 76 gjennom en tilbakekoblingsmotstand 78, idet denne inverterende inngang 76 også er avkoblet til jord gjennom en motstand 80.

Forsterkningen i forsterkeren 68 er bestemt av forholdet motstanden 78 , _ , .......

, og denne forsterkning kan gjores innstillbar motstanden 80

ved at tilbakekoblingsmotstanden 78 er variabel. Etter at differensialforsterkeren 44 er innstilt til sin onskede balansetilstand, slik det vil bli nærmere beskrevet senere, kan den variable motstand 78 innstilles til å gi et sådant grunnleggende signalnivå for tilbakekoblingen til koblingspunktet 34 ved den inverterende inngang for inngangs-f orsterkeren 14 at ef f ektf oisterkeren 10 får den onskede forsterkning. En sådan innstilling av den variable motstand 78 vil være forskjellig for forskjellige belastninger 40, og den forsterkningsvariasjon opp til 10:1 som kan oppnås ved de komponentverdier som er foreslått for motstandene 78 og 80 i fig. 1, vil tillate de påkrevede justeringer for belastninger 40 med nominell verdi på enten 4 eller 8 ohm.

Begge tilbakekoblingsforsterkere 44 og 68 bor minst ha så god frekvenskarakteristikk som effektforsterkeren 10 for å oppnå mest mulig effektiv drift i henhold til foreliggende oppfinnelse. Begge operasjonsforsterkere 44 og 68 er således fortrinnsvis bredbåndsforsterkere. Som et eksempel, men ikke som noen begrensning, kan det angis at det i en prototyp-forsterker for utforelse av foreliggende oppfinnelse ble oppnådd tilfredsstillende arbeidskarakteristikk ved å anvende en 4558 tilpasset par av operasjonsforsterkere som tilbake-

koblingsforsterkere 44 og 68.

Det skal nå henvises til fig. 3, som viser differensialforsterkeren 44 og dens tilordnede kretskomponenter tatt ut av den aktive tilbakekoblingskrets 12 og opptegnet i et mer hensiktsmessig format. I den folgende omtale er de fire motstander som er tilordnet differensialforsterkeren 44 hensiktsmessig tildelt folgende ytterligere betegnelser:

motstand 58 - R.^

motstand 64 - R2

motstand 54 - R_

motstand 66 - R^

I henhold til vanlig praksis for differensialforsterkere er det anordnet balansert inngang med R^og R^like store, samt R2og R4 også like store. I sådan balansert tilstand kan utgangssignalet fra differensialforsterkeren uttrykkes ved den enkle formel: hvor EQer utgangsspenningen, E^ er den inngangsspenning som påtrykkes den inverterende inngangsmotstand R^, og E2er den inngangsspenning som påtrykkes den ikke-inverterende inngangsmotstand 54. Forsterkningen kan ut i fra denne formel uttrykkes på folgende måte:

hvilket representerer en rett linje eller fast forsterkning. De komponentverdier som er angitt i fig. 1 og 3 for de komponenter som er umiddelbart tilordnet differerisiål-forsterkeren 44 vil frembringe en sådan balansert tilstand av forsterkeren 44, forutsatt at motstanden 54 ikke er justert

til avvik fra den angitte verdi. Med sådanne angitte verdier, er og R2like samtidig som R2og R^er like.

Med differensialforsterkeren 44 i den aktive tilbakekoblingskrets 12 således i balansert tilstand, og forutsatt at trimmerne 60 og 62 likeledes er balansert, vil utgangssignalet fra forsterkeren og således tilbakekoblingssignalet E Xfor den aktive tilbakekoblingskrets 12 være direkte proporsjonalt med den belastningsstrom som avfoles over folermotstanden 42, uansett det foreliggende programsignal E^n, da forsterkningen av differensialforsterkeren 44 er representert ved en rett linje og således er konstant. Enhver forandring i belastnings -strommen som ikke frembringes av programmet, men i stedet av noen belastningsavhengig faktor slik som en okning i belastningsimpedansen på grunn av hoyere signalfrekvens, reaktans-faseforskyvning, treghetsfrembragte tilfeldige strommer eller lignende, vil da oyeblikkelig frembringe en proporsjonal forandring i det tilbakekoblingssignal E X som frembringes av tilbakekoblingskretsen 12.

Når differensialforsterkeren 44 er balansert vil det således for en senkning av belastningsstrommen uten sammenheng med programmet fremkomme en proporsjonal senkning av inngangsspenningen (E2- E^) til differensialforsterkeren 44, og da begge operasjonsforsterkere 44 og 68 er ikke-inverterende forstekkere, vil det oppstå en tilsvarende proporsjonal senkning av utgangssignalet E Xfra tilbakekoblingskretsen 12. Det er viktig å merke seg at dette tilbakekoblingssignal E faktisk fungerer som et negativt tilbakekoblingssignal, da senkningen av belastningsstrommen og den tilsvarende reduksjon i tilbakekoblingsspenningen E forer til en nedsettelse av det potensial i det variable referensepunkt påtrykkes den inverterende inngang 26 for inngangs-dif f erensialf orsterkeren 14 i forhold til programsignal E^ som påtrykkes den ikke-inverterende inngang 24 for forsterkeren 14, hvilket vil medfore oket forsterkning i forsterkeren 14 og- således også i effektforsterkeren 10. Det

oppnådde resultat er en oyeblikkelig okning i utgangsspenningen fra effektforsterkeren 10 uavhengig av program-

signalet for å kompensere for den nedsatte strom gjennom belastningen.

Med differensialoperasjonsforsterkeren 44 således i balansert tilstand, vil på lignende måte en okning i belastningsstrommen uten sammenheng med programsignalet fore til en proporsjonal okning av utgangssignalet E fra den aktive tilbakekoblingskrets 12, "hvilket forer til proporsjonal nedsetning av forsterkningen i inngangsforsterkeren 14 og således i effektforsterkeren 10 som helhet. Den resulterende nedsatte utgangsspenning fra effektforsterkeren 10 vil således være uavhengig av programmet og kompensere for den okede belastningsstrom.

I balansert tilstand av differensialforsterkeren 44, vil folgelige den aktive tilbakekoblingskrets 12 arbeide som en tilbakekobling som gir konstant strom, idet tilbakekoblingskretsen 12 for enhver gitt oyeblikksverdi av programsignalet E^nsikrer samme stromverdi gjennom belastningen uavhengig

av de forskjellige belastningsavhengige faktorer som i det oyeblikk forsoker å forandre belastningsstrommen. Den aktive tilbakekoblingskrets 12 så folsom for enhver tendens av belastningen til å forandre belastningsstrommen/

uavhengig av programmet, at det virker som om hele utgangseffekten fra effektforsterkeren 10 i hvert oyeblikk er tilgjengelig for å motvirke sådanne tendenser. Når det gjelder en spole-drevet hoytaler, er de dominerende belastningsavhengige faktorer som på uheldig måte påvirker det akustiske utangssignal ved vanlige forsterkere reaktanse— frembragt faseforskyvning, treghetsforsinkelse og treghets-oversing, samt hoytalerens bevegelser på grunn av lav-frekvensresonnans. Som det vil fremgå av fig. 5 - 8 på tegningene og den tilhorende detaljerte beskrivelse som vil bli gitt i det folgende, vil den aktive tilbakekoblingskrets 12 i henhold til oppfinnelse så oyeblikkelig og virknings-fullt motvirke sådanne belastningsavhengige faktorer at belastningen og dens akustiske utgangssignal nesten noyaktig folger programmet, og forsterkerens hoye effekt-impulser for å oppnå disse korrigeringer er så korte at de

ikke i vesentlig grad forbruker systemets samlede utgangseffekt.

For enhver induktiv belastning, slik som en spoledrevet hoytaler, vil belastningens impedans bli storre med okende frekvens av programsignalets oyeblikksverdi. Som angitt i den ovre kurve i fig. 4, som er impedanskurven for en typisk hoytaler som av produsenten er angitt å ha en impedans på 8 ohm ved 400 H , oker impedansen til 16 ohm eller fordobles ved omtrent 2300 Hz, mens impedansen oker til

32 ohm eller fire ganger den nominelle verdi ved omkring

10 KHz. Ved et vanlig forsterkersystem med spenningstilbakekobling som frembringer hovedsakelig konstant forsterkning over forsterkerens frekvensbåndbredde mens belastningen varierer, vil en okning av belastningsimpedansens oyeblikksverdi som folge av en okning av programsignalets frekvens fore til en tilsvarende reduksjon av utgangseffekten til belastningen, i samsvar med folgende effektformel:

hvor P er effekt, E er spenningen over belastninge, og Z er belastningsimpedansen. En fordobling av hoytalerimpedansen mellom 400 Hz og f.eks. 2.300 Hz vil således fore til at den overforte effekt til belastningen nedsettes til det halve.

Hvis på den annen side tilbakekoblingsystemet gir hovedsakelig konstant strom på tross av at belastningsimpedansen forandres med frekvensen, slik det er tilfelle med den aktive tilbakekoblingskrets 12 i henhold til oppfinnelsen hvis differensialforsterkeren 44 er justert eller innstilt til balansert inngang, så vil på den annen side effekten i belastningen oke i samsvar med belastningsøkningen, slik det vil fremgå av folgende ytterligere effektformel:

hvor P er effekt, I er strom og Z er belastningsimpedansen.

En fordobling av hoytalerens impedans mellom 400 Hz og omkring 2.300 Hz for den hoytaler som er representert i fig. 4, vil således gi en fordobling av utgangseffekten ved den hoyere frekvens. Denne effekt/frekvens-forvrengning er en ubetydelig faktor sammenlignet med hoytalerens ovrige akustiske forvrengningsfaktorer, som hovedsakelig korrigeres fullstendig av den aktive tilbakekoblingskrets 12, idet inforrnasjonstap og signalutvisking frembragt av faseforskyvninger, effekttap, signalmaskering og utilsiktede signalkomponenter frambragt ved treghetsforsinkelse og treghetsoversving, samt lavfrekvensresonnanser effektivt motvirkes. Forbedreet effektopptak for hoytaleren ved hoyere frekvenser vil faktisk forbedre gjengivelsen av mange programtyper.

Den aktive tilbakekoblingskrets 12 i henhold til fo religgende oppfinnelse kan likevel, hvis så onskes, justeres eller innstilles slik at den utgjor et tilbakekoblingssystem som gir hovedsakelig konstant effekt, idet den effekt som avgis til belastningen gjores hovedsakelig uavhengig av belastningsimpedansen og således av frekvensvariasjonene i den tilforte program. Dette kan oppnås ved i en viss liten grad å avvike fra den balanserte tilstand på inngangssiden av differensialforsterkeren 44, idet forsterkningen okes litt på den ikke-inverterende side av differensialforsterkeren 44 i forhold til forsterkningen på forsterkerens ikke-inverterende side. Differensialforsterkeren 44 omfatter nemlig to forsterkere som arbeider i motfase og således opphever hverandres virkning når de er i balanse. En sådan forskyvning av balansen på differensialforsterkerens inngangsside kan oppnås ved en liten reduksjon av motstandsverdien ved den ikke-inverterende inngang 46 i forhold til verdien av inngangsmotstanden ved den inverterende inngang 48. En sådan liten reduksjon av forholdet mellom inngangsmotstandene i tilslutning til henhv. den ikke-inverterende og den inverterende inngang 46 og 48 for dif f erensialf orsterkeren 44 frembringes f ordiEinnsvis ved enten å redusere verdien av den ikke-inverterende inngangsmotstand 54 eller å justere trimmer-potensiometeret 60 således at verdien av dens motstandsverdi i serie med den ikke-inverterende inngangsmotstand 54 reduseres.

En sådan svak ubalanse på inngssiden av differensialforsterkeren 44 vil gjore at denne forsterker 44 får variabel forsterkning som varierer hovedsakelig motsatt variasjonene av den spenningsforskjell som avfoles over

•folermotstanden 42, og således også motsatt variasjonene i belastningsstrommen. Denne variable forsterkerkarakteristikk for den svakt ubalanserte differensialforsterker 44 vil fremgå av den helt forskjellige dif f erensialf orsterker f or meil som er betraktelig mer detaljert enn den forkortede formel som det ovenfor er henvist til i forbindelse med en balansert differensialforsterker. Mens således forsterkningsformelen for differensialforsterkeren reduseres til en rett linje eller konstant forsterkning for en balansert forsterker, nemlig folgende formel:

vil den generelle forsterkningsformel for en differensialforsterker ha folgende form:

hvor spenningene EQ, E^og E2samt motstandene R^, R2, R^ og R^er de som er angitt i fig. 3. Ut i fra denne formel vil det innsees at hvis verdien av R^nedsettes, så vil forsterkningen, som er

oke etter hvert som den påtrykte

differensialspenning på inngangssiden avtar, og vise versa.

De relative verdier av inngangsmotstandene til henhv. den ikke-inverterende og den inverterende inngang 46 og 48 for differensialforsterkeren 44 kan innstilles eller justeres slik at differensialforsterkerens forsterkning vil variere hovedsakelig omvendt porporsjonalt med differensial-spenningen over folermotstanden 42 og således6gså med belastningsstrommen, hvorved den aktive tilbakekoblingskrets 12 vil virke som tilbakekobling for å gi konstant utgangseffekt, slik som anskueliggjort ved eksempler i det folgende. Skjont den generelle forsterkningsformel som er angitt ovenfor for en differensialforsterker med variabel forsterkning ikke gir et helt eksakt omvendt variasjonsforhold mellom belastningsstrommen og differensialforsterkerens forsterkning, er alikevel denne tilnærmelse så god at i en prototyp av foreliggende aktive tilbakekoblingskrets 12 med de komponentverdier som er angitt i fig. 1 og 3, men med den ikke-inverterende inngangsmotstand 54 redusert fra 15K til omtrent 14,8K, vil forsterkeren avgi konstant effekt innenfor en dn til en belastning som varierer fra 4 ohm til 40 ohm.

Som angitt ovenfor, er de effektformler som forbinder effekten med spenning og belastningsverdi, samt med strom og belastningsverdi, gitt ved folgende uttrykk:

hvor P er effekten, E er forsterkerens utgangsspenning, I er belastningsstrommen og Z er belastningsimpedansen. Ut i ffa disse to formler vil det innsees at for å opprettholde konstant effekt i belastningen på tross av forandringer i belastningsimpedansen må forsterkerens utgangspenning E variere proporsjonalt med kvadratroten av variasjonene i belastningsimpedansen, mens en tilsvarende forandring av belastningsstrommen må variere omvendt proporsjonalt med variasjoner i belastningsimpedansen.

For å således å opprettholde konstant effekt hvis f.eks. belastningsimpedansen ble fordoblet, må forsterkerens utgangsspenning okes med en faktor lik kvadratroten av 2 eller omtrent 1,414, mens samtidig belastningsstrommen vil bli nedsatt med en faktor lik kvadratroten av 2 eller en faktor på 0,707. Hvis forsterkningen i differensialforsterkeren 44 hadde vært fast, slik som ved den ovenfor angitte balanserte innstilling for å gi konstant strom, ville den fordoblede belastningsimpedans ha senket belastningsstrommen og tilbakekoblingssignalet E til halvparten av deres opprinnelige verdier, hvilket ville resultere i fordobling av effektforsterkerens utgangsspenning for å bringe belastningsstrommen tilbake til sin opprinnelige verdi. Med forsterkningen av differensialforsterkeren 44 varierende omvendt proporsjonalt med belastningsstrommen, eller direkte proporsjonalt med kvadratroten av belastningsimpedansen, vil imidlertid verdien av tilbakekoblingssignalet E oke i tilsvarende grad (i foreliggende eksempel med en faktor lik kvadratroten av 2), således at oppfolgingen av den tilbake-koblingssldyfe som omfatter både den aktive tilbakekoblingskrets 12 og effektforsterkeren 10 vil stoppe i et punkt hvor effektforsterkerens utgangsspenning har oket med en faktor på 1,414 og belastningsstrommen har avtatt med en faktor på 0,707, hvilket vil opprettholde konstant utgangseffekt.

Som sammenfatning kan detangis at hvis den aktive tilbakekoblingskrets 12 skal gi konstant utgangseffekt, må faktisk forsterkningen på den ikke-inverterende side av differensialforsterkeren 44 okes noe i forhold til forsterkningen på den inverterende side, ved å redusere inngarigsmotstanden ved forsterkerens ikke-inverterende inngang i forhold til den tilsvarende verdi ved den inverterende inngang, hvilket vil få forsterkningen i differensialforsterkeren 44 til å

variere hovedsakelig omvendt proporsjonalt med belastningsstrommen, eller hovedsakelig direkte proporsjonalt med kvadratroten av belastningsimpedansen.

Den korrigerende regulering på belastningssiden ved hjelp av den aktive tilbakekoblingskrets 12 er utmerket i området mellom de ovenfor nevnte innstillinger av differensialforsterkeren 44 for å gi henhv. konstant utgangseffekt og konstant utgangsstrom, skjont belastningsreguleringen synes å være best når innstillingen av differensialforsterkeren 44 nærmer seg den tilstand som gir konstant strom. For de fleste belastningstyper er den korrigerende reaksjon av den aktive tilbakekoblingskrets 12 på reaktans-faseforskyvninger og på treghetsforsinkelse og treghetsoversving samt andre mekaniske påvirkninger, faktisk viktigere enn å opprettholde konstant utgangseffekt, og det foretrekkes således i de fleste tilfeller å innstille kretsparametrene i forbindelse med differensialforsterkeren 44 nærmere den innstilling som gir konstant strom enn den innstilling som gir konstant utgangseffekt. Hvis imidlertid inngangssiden av differensialforsterkeren 44 ble bragt i ubalanse i feil retning, hvilket vil si at inngangsmotstanden for den ikke-inverterende inngang 46 var storre enn den tilsvarende verdi for den inverterende inngang 48, ville det foreliggende positiv tilbakekobling, og tilbakekoblingssloyfen ville oscillere. For å oppnå storst mulig korrigerende styring av belastningen foretrekkes det folgelig forst å anordne hovedsakelig like inngangsmotstander for inngangene 46 og 48 til differensialforsterkeren 44, samt derpå senke motstanden litt for den ikke-inverterende inngang 46 som sikring mot oscillering.

Fig. 2 viser en utforelsesform av foreliggende oppfinnelse hvor korreksjonskretsen for forsterkerens belastning er anordnet utenfor effektforsterkeren, hvilket gjor det mulig på hensiktsmessig måte å bringe oppfinnelsen til utfdreise i forbindelse med en allerede eksisterende effektforsterker.

I fig. 2 er det således vist en separat effektforsterker 100 med en inngangsforbindelse 102 og en utgangsforbindelse 104. En separat hoytalerbelastning 106 er også vist med en inngangsforbindelse 108.

Programsignalet er i fig. 2 innfort gjennom en inngangsjack 22a til den ikke-inverterende inngang 110 for en forforsterker 112 av differensialtype. Forforsterkeren 112 har fortrinnsvis minst like god arbeidskarakteristikk som effektforsterkeren 100, og fortrinnsvis anvendes derfor en bred-båndet operasjonsforsterker, slik som forsterkeren 741S. Utgangen 114 for forforsterkeren 112 er koblet til den ovre ende av en spenningsdeler 116, som har en innstillbar utgang 118 forbundet med effektforsterkerens inngangsforbindelse 102. Den aktive tilbakekoblingskrets i fig. 2 er i sin helhet betegnet med 12a og omfatter en folermotstand 42a, hvis motsatte sider er koblet gjennom hver sin trimmer 60a og 62a og hver sin inngangsmotstand 54a og 58a til inngangssiden av en differensialforsterker 44a, hvis utgangssignal forsterkes av forsterkeren 68a for å frembringe tilbakekoblingssignalet. Folermotstanden 42a er også ved sine motsatte sider koblet henhv. til effektforsterkerens utgangsforbindelse 104 og til belastningens inngangsforbindelse 108, således at folermotstanden 42a vil ha belastningsstrommen passerende gjennom seg for å frembringe et folersignal for differensialforsterkeren 44a tilsvarende belastningsstrommen. Utgangen 44a for forsterkeren 68a er koblet til den inverterende inngangskrets for forforsterkeren 112 på samme måte som utgangen 74 for forsterkeren 68 er koblet til inngangssiden av differensialforsterkeren 14 i fig. 1.

Den aktive tilbakekoblingskrets 12a i den utforelsesform av foreliggende oppfinnelse som er vist i fig. 2, har samme kretsutforelse og virker på samme måte som beskrevet i detalj overfor i forbindelse med den aktive tilbakekoblingskrets 12 i fig. 1, bortsett fra de ytre forbindelser 104 og 108 som folermotstanden 44a er koblet til, samt også bortsett fra at det mangler utstyr for innstilling av variabel forsterkning for forsterkeren 68a i fig. 2. I den utforelsesform av oppfinnelsen som er vist i fig. 2 innstilles den effektive forsterkning i den aktive tilbakekoblingskrets ved justering av spenningsdeleren 116 som befinner seg i den fullstendige tilbakekoblingssloyfe som omfatter den aktive tilbakekoblingskrets 12a, forforsterkeren 112 og effektforsterkeren 100.

For tilpasning til frekvenskarakteristikken for den ytre effektforsterker 100, foretrekkes det at forsterkerne 44a og 68a som benyttes i den aktive tilbakekoblingskrets 12a er operasjonsforsterkere av bredbåndstype, slik som f.eks. den dobbelte operasjonsforsterker 4558.

Skjont spesielle kretskomponentverdier er blitt angitt og forskjellige typer av operasjonsforsterkere er antydet i forbindelse med fig. 1, 2 og 3, vil det forstås at sådanne verdier og typeangivelser bare er gitt som eksempler og ikke må betraktes som noen begrensning for foreliggende oppfinn-elsesgj enstand.

Fig. 4 viser impedans/frekvens-kurver for en typisk hoytaler med nominell impedansverdi 8 ohm ved 400 Hz. Disse kurver anskueliggjør noen av de iboende alvorlige problemer ved vanlige hoytalere som korrigeres ved hjelp av det belastnings-regulerende system i henhold til foreliggende oppfinnelse. Den rette horisontale linje 120 representerer den faste motstand i hoytalerbelastningen, som i dette tilfelle er omtrent 6,7 ohm. Den nedre kurve 122 representerer den induktive reaktans av belastningen, som oppviser et minimum nær 4 ohm ved omkring 400 Hz og stiger jevnt til omtrent 27 ohm ved 10 KHz.. Den ovre kurve 124 viser den samlede hoytalerimpedans og representerer vektorsummen av den hoytalermotstand som er angitt ved linjen 120 og den reaktans som er representert ved linjen 122.

Ut i fra kurven 124 for samlet impedans vil det bemerkes at produsentens nominelle impedanseverdi på 8 ohm for hoytaleren bare er tilnærmet i samsvar med de faktiske forhold innenfor det meget begrensede frekvensområde fra omkring 150 til omkring 600 Hz, samt at hoytalerens impedans både under og over dette begrensede område stiger til betraktelig hoyere verdier. På grunn av den induktive reaktans av belastningen fordobles impedansverdien til 16 ohm ved omtrent 2300 Hz og når den firedobbelte verdi på 32 ohm ved omkring 10 KHz. Under omkring 150 ohm stiger kurven 124 for den samlede impedans til en impedanstopp som er betegnet med 126 og når så hoy verdi som omkring 100 ohm ved 50 Hz. Denne hoye lav-frekvensokning av hoytalerens impedans har som årsak den fri konusresonnans for hoytaleren.

Da den effekt som avgis til hoytaleren fra en forsterker, og således også den akustiske utgangseffekt fra hoytaleren, er omvendt proporsjonal med hoytalerens impedans, vil det fremgå av kurven 124 for den samlede hoytalerimpedans at de ho<y>ere frekvenser i forsterkerprogrammet i hoy grad vil få nedsatt akustisk utgangseffekt i forhold til de lavere frekvenser i sin alminnelighet, således at meget av overtonestrukturen i programmet vil bli svekket eller gå tapt, således at programmets forrastruktur som helhet vil bli uheldig påvirket i betraktelig grad. Ved den nedre ende av frekvensspektret, representerer den hoye impedanstopp 126 et stort hull i den akustiske utgangseffekt, således at meget av lavfrekvens-informasjonen i det tilforte program går tapt. Skjont hoytalersystemer med flere hoytalere og fordelingsnettverk er i utstrakt bruk for å forbedre impedans/frekvens-karakteri-stikken i forhold til en enkelt hoytaler, medforer sådanne systemer likevel ytterligere problemer, blant annet faseproblemer og vanligvis steil impedanseokning i nærheten av fordelingspunktene. Forskjellige kabinettkonstruksjoner for hoytalere anvendes også i forsok på å forbedre hoytalerens arbeidskarakteristikk, men også disse medforer ytterligere problemer, slik som kabinettresonnanser og demping av hoytaleren.

Et annet alvorlig problem i forbindelse med hoytalere som drives av forsterke uten den belastningskorrigerende anordning i henhold til oppfinnelsen, vil fremgå av fig. 4, men er nærmere grafisk anskueliggjort i fig. 5 - 8 og 9, Dette problem ligger i den store faseforsinkelse som hoytalerens induktive reaktans forårsaker i hoytalerens belastningsstrom i forhold til det program som tilfores forsterkeren, samt også variasjonen av denne faseforsinkelse i avhengighet av programsignalets sekvens. Som angitt i fig. 4, er den fase-forsinKelsesvinkel 0 i belastningsstrommen som forårsakes av den samlede reaktans, som vist ved kurve 124 omtrent 33° ved 400 Hz, omtrent 45° ved 900 Hz og omtrent 70° ved 5 KHz. Sådanne faseforsinkelsesvinkler for belastningsstrommen i forhold til programsignalet medforer alvorlige tap samt også forvrengninger og utvisking av detaljer i det akustiske utgangssignal fra hoytaleren.

Det foreligger således et betraktelig samlet effekttap på grunn av denne faseforsinkelse av belastningsstrommen, slik det vil fremgå av folgende effektformel som representerer den virkelige utgangseffekt som overfores til belastningen ved en vilkårlig fasevinkel:

hvor P er effekt, E er forsterkerens utgangsspenning som tilfores belastningen, 0 er faseforsinkelsesvinkelen, og Z er belastningsimpedansen. Cosinus til 33° er 0,839, til 45° er 0,707 og til 70° er 0,342, og da effekten er proporsjonal med cosinus til fasevinkelen i den ovenfor angitte formel, vil det innsees at fasevinkelen medforer en kraftig reduksjon i utgangseffekten, og at denne reduksjon er helt forskjellig for forskjellige fasevinkler, idet de storste effekttap foreligger ved store fasevinkler. De hoyere frekvenstap som skriver seg fra henhv. oket impedans og tiltagende faseforskyvning adderes til hvercandre, og graden av programforvrengning på grunn av hoyfrekvenstap kan illustreres ved å anvende den ovenfor angitte effektformel ved de angitte fasevinkler, 33, 45 og 70° sammen med de tilsvarende impedanser som er angitt i fig. 4.. Hvis det antas en konstant utgangsspenning på 10 volt fra forsterkeren, vil således den utgangseffekt som overfores til belastningen ved disse tre fasevinkler være som angitt nedenfor: = 33° - 10,5 watt

= 45° - 7,07 watt

0 = 70° - 2,01 watt

Fig. 5 er hovedsakelig gjengivelse av samtidige oscilloskop-avbildninger av en forsterkers utgangsspenning og belastningsstrom, idet tilfelle belastningen utgjores av en dempningsspole på en millihenry, og forsterkeren er en vanlig forsterker med spenningstilbakekobling uten korreksjon av belastningen ved foreliggende anordning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 6 likesom fig. 5 hovedsakelig en reproduksjon av samtidige oscilloskopavbildninger av en forsterkes utgangsspenning og belastningsstrom, med samme spole på en millihenry som belastning og samme forsterker,

men med den aktive tilbakekoblingskrets i "henhold til foreliggende oppfinnelse og som er vist i fig. 5 sammenkoblet med forsterkeren og belastningen for effektivt samvirke med disse.

I fig. 5 representerer den ovre oscilloskop-avbildning 130

en rekke kvadratiske spenningspulser 132 med samme innbyrdes mellomrom. Spenningspulsen 132 representerer forsterkerens utgangsspenning og tilsvarer det program som i dette tilfelle tilfores forsterkerinngangen. Den nedre oscilloskop-avbildning 134 viser den resulterende strom gjennom belastningen som utgjores av en dempningsspole på en millihenry. Ved den prove som er vist i fig. 5 ble det anvendt en spole fordi denne utgjor grafisk et Sværste tilfelle" som klart anskueliggjør virkningen av faseforsinkelse og resulterende effekttap for belastningen samt effektforbruk i forsterkeren ved en induktiv belastning. Den anskueligjor også den meget dårlige gjengivelse av signaloverganger og hoyfrekvenssignaler i en induktiv belastning. Ved den skarpt stigende front 136 av spenningsbolgen, begynner belastningsstrommen langsomt å stige fra sitt nederste punkt 138, og strommen fortsetter å stige i en nesten rett linje langs forflanken 140 av stromkurven inntil spenningspulsen 132 tar slutt, hvilket medforer stans i strommens stigning ved strom-toppen 142 som i tid tilsvarer den steile bakflanke 144 av spenningspulsen. Strommen fortsetter så å flyte i retning fremover gjennom belastningen under den avtagende del 146 av stromkurven, og denne strom flyter hovedsakelig i hele mellomrommet mellom de påfolgende spenningspulser 132.

Den gradvis stigende del 140 av stromkurven er den eneste del som er samtidig med spenningspulsen 132, og det er således bare under denne tid effekt faktisk tilfores belastningen. Da imidlertid effekt er lik spenning ganger strom og strommen bare stiger langsomt under denne tid, vil det innsees at bare en liten andel av den tilgjengelige effekt faktisk overfores til belastningen. Etter at spenningspulsen B2 er avsluttet flyter på den annen side strommen fremdeles i samsvar med den avtagende del 146 av stromkurven, nemlig drevet av den elektromotoriske kraft som frembringes av det opphorende induktansfelt, og denne strom representerer effekt som forbrukes og således går tapt i forsterkerens utgangskrets samt i belastningens motstand. Ut i fra den betydelige stromstyrke og det utstrakte tidsintervall strommen flyter i henhold til den avtagende del 146 av strømstyrken, vil det innsees at når induktive belastninger anvendes for driv-mekanismer, er en stor del av utgangseffekten ikke bare bortkastet, men må tas hånd om i forsterkerens utgangskrets.

Den meget dårlige gjengivelse av raske signaloverganger og hoye frekvenser, som faktisk er fraværende for alle praktiske formål, anskueliggjøres ved at den stigende del 140 av stromkurven svikter fullstendig når det gjelder å folge den skarpt stigende spenningsflanke 136, samt den likeledes sviktende evne av stromkurvens avtagende del 146 til å folge bakkanten 144 av spenningspulsen.

Fig. 6 anskueliggjør meget tydelig hvor stramt forsterkeren med den aktive tilbakekoblingskrets i henhold til oppfinnelsen regulerer belastningen og tvinger belastningsstrommen, og således også utgangseffekten, til å følge programsignalet, både med hensyn til kurveform og fase. Det spenningsprogram som ble tilført inngangen for den korrigerte forsterker ved den prøvedrift som er anskueliggjort i fig. 6, var det samme program som ble tilført inngangen for den ukorrigerte forsterker ved den utprøving som er illustrert i fig. 5, nemlig en rekke spenningspulser på et millisekund og med samme innbyrdes mellomrom. Det vil imidlertid bemerkes at- kurveformen 148 for den korrigerte forsterkers utgangsspenning, slik den er vist i fig. 6, er helt forskjellig fra den tilsvarende kurveform 130 for den ukorrigerte forsterkers utgangsspenning, som er vist i fig. 5, idet den korrigerte kurveform 148 har en meget høy positiv spenningsspiss 150 av meget kort varighet ved forkanten av spenningspulsen 152, samt en meget høy negativ spenningspuls 154 ved bakkanten av spenningspulsen 152.

Kurveformen 155 for strømmen gjennom dempningsspolen på en millihenry er også vist i fig. 6, slik den fremkommer ved en utgangsspenning som er blitt modifisert av den korrigerende informasjon som er tilført fra den aktive tilbakekoblingskrets i henhold til foreliggende oppfinnelse. Det vil innsees at kurveformen av denne strøm stort sett tilsvarer kurveformen for forsterkerens inngangsprogram. Strømkurveformen 155 ut-gjøres således av en rekke like pulser med samme innbyrdes mellomrom og hovedsaklig flat pulstopp 156 samt sterkt stigende forkant 158 og bratt fallende bakkant 160.

Strompulsen 156 er vist å være noyaktig synkronisert eller fullstendig i fase med sine respektive spenningspulser 152.

Det vil fremgå av fig. 6 at den aktive tilbakekoblingskrets

i henhold til foreliggende oppfinnelse fullstendig har overvunnet virkningen av dempningsspolens reaktans. Den hoye skarpe spiss 150 ved spenningspulsens forkant sorger for med oyeblikkelig virkning å drive belastningsstrommen opp til den verdi som er fastlagt av spolens motstand, hvoretter strommen holder seg på dette nivå under hele spenningspulsen 152 og den kraftige negative spenningsspiss ved bakkanten av spenningspulsen 152 sorger for å drive belastningsstrommen på kort tid tilbake til 0. Utgangseffekt synes således hovedsakelig bare å bli tilfort spolens likestromsmotstand, således at ingen vesentlige effekttap finner sted på grunn av belastningens induktans, og spesielt intet tilsynelatende effektforbruk finner sted i forsterkerens utgangskrets som en folge av den induktive belastning.

Det skal nå kort henvises tilbake til fig. 1. Når spole-reaktansen forsoker å holde tilbake str&mfluksen ved forkanten av forsterkerens utgangsspenning (slik som ved den langsomt stigende del 140 av stromkurven 134 i fig. 5), vil den aktive tilbakekoblingskrets 12 fole den meget lave oyeblikksverdi av strommen i folermotstanden 42 og derfor frembringe et tilsvarende lavt tilbakekoblingssignal E , som sammenlignet med den hoye oyeblikksverdi E^nav den tilforte program-spenningspuls på inngangssiden av differensialforsterkeren 14 i hoy grad vil oke forsterkningen i denne forsterker 14 for å frembringe den kortvarige positive spenningsspiss eller topp 150 i fig. 6 på utgangssiden av effektforsterkeren 10. Spenningsspissen 150 vil oyeblikkelig oke belastningsstrommen og dette avfoles av den aktive tilbakekoblingskrets 12, som så med oyeblikkelig virkning hever tilbakekoblingssignalet E -A, tilbake til et normalt nivå i forhold til inngangs-spenningens puls, for derved å avslutte den positive spenningsspiss 150 og gi et flatt spenningsplatå på spenningspulsen 152 ut fra forsterkeren 10. Ved bakkanten av pulsen 152 når spolens langsomt avtagende magnetfelt fortsetter å

frembringe positiv strom (slik som i den avtagende del 146

av stromkurven 134 i fig. 5), vil oyeblikksverdien av det resulterende tilbakekoblingssignal Ev som frembringes av den aktive tilbakekoblingskrets 12 være storre enn oyeblikksverdien lik 0 for programsignalet på inngangssiden, således at differensialpolariteten på inngangssiden av forsterkeren 14 vendes om og forer til den hoye negative spenningssliss 154 som er vist i fig. 6 og som effektforsterkeren 10 oyeblikkelig påtrykker spolen, således at spolefeltet med oyeblikkelig virkning bringes til opphor og belastningsstrommen drives til 0. Dette avfoles umiddelbart og overfores av den aktive tilbakekoblingskrets 12 til et 0-signal E som står i korrekt forhold til det foreliggende programsignal Ein-

Fig. 7 og 8 er av lignende art som henhv. fig. 5 og 6, bortsett fra at programsignalet i dette tilfelle foreligger i form av gjentatte par av kvadratiske spenningspulser tett inntil hverandre, mens belastninen utgjores av en hoytaler som ikke bare har induktiv reaktans slik som dempningsspolen, men også mekaniske treghetsegenskaper. Fig. 7 viser kurver 162 og 164 for henhv. forsterkerens utgangsspenning og belastningsstrom,iidet tilfelle det ikke foreligger noen belastningskorreksjon i henhold til oppfinnelsen, mens fig. 8 viser kurveformer 166 og 168 for henhv. forsterkerens utgangsspenning og belastningsstrom, i det tilfelle det er anordnet en belastningskorreksjon i henhold til foreliggende oppfinnelse. De enkelte pulser i forsterkerens inngangsprogram er, likesom pulsene i fig. 5 og 6, av en varighet på 1 millisekund, og på samme måte som ved fig. 5 og 6 viser fig. 7 og 8 oscilloskop-avbildninger opptatt ved forsterker-prover utfort henhv. uten og med den belastningskorrigerende tilbakekoblingskrets i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Det skal forst henvises til de kurveformer som er vist i

fig. 7 for det ukorrigerte forsterkersystem, idet spennings-pulsene 170 og 172 på forsterkerens utgangsside tilsvarer respektive tilforte programpulser på forsterkerinngangen. Disse spenningspulser på forsterkerens utgangsside frembringer

i hdytalerbelastningen henhv. strompulser 174 og 176 som begge er betraktelig ut av fase med de respektive spenningspulser 170 og 172, samt i hoy grad forvrengt i forhold til de respektive drivende spenningspulser 170 og 172. I tillegg har den annen strompuls 176 lavere amplityde og annen form enn den forste strompuls 174. Likesom den ukorrigerte belastningsstrom i fig. 5, angir den ukorrigerte hoytaler-stromkurve 164 i fig. 7 et betraktelig effekttap for belastningen samtidig som en vesentlig del av forsterkerens utgangseffekt forbrukes i forsterkerutgangen på grunn av den foreliggende faseforsinkelse. Skråflankene av de stigende og fallende deler av strompulsene 174 og 176 angir videre, sammenlignet med de skarpe, vertikale for- og bakflanker av de tilsvarende spenningspulser 170 go 172, dårlig gjengivelse av signalsprang og dårlig hoyfrekvenskarakteristikk for hoytaleren.

Krumningen av de stigende avsnitt av begge strompulser synes

å vise de stromforsinkende virkninger av både hoytalerspolens ekspanderende felt og treghetsdempningen, mens krumningen av de avtagende avsnitt av begge strompulser synes å vise virkningene av både det opphorende spolefelt og den motsatt rettede elektromotoriske kraft som skriver seg fra hoytalerens treghetsoversving. Oversingvirkningen fremgår best av den nedsatte amplityde av den annen strompuls 176 i forhold til den forste strompuls 174, idet treghetsoversving fra den forste drivende spenningspuls 174 frembringer en motsatt rettet elektromotorisk kraft som reduserer virkningen av den annen spenningspuls 172, hvilket forer til nedsatt belastningsstrom under den annen strompuls 176. Utsvinget av stromkurven 174 under 0-linjen 178 i området 180 etter den annen strompuls 176, representerer bakoverrettet elektromotorisk kraft fra treghetsoversving etter hovedsakelig opphor av spolefeltet.

Det vil fremgå av fig. '8 at den belastningskorrigerende anordning i en forsterker i henhold til foreliggende oppfinnelse hovedsakelig over^vinner virkningene både av hoytalerspolens induktive reaktans og spolens massetreghet. De to strompulser 182 og 184 er både med hensyn til kurveform og fase hovedsakelig lik de respektive signalpulser i det tilforte program. Forsterkerens utgangsspenningspulser 186 og 188 har hver en hoy og skarp positiv spiss ved forflanken, og denne spenningsspiss overvinner faktisk de stromforsinkende virkninger både av det ekspanderende spolefelt og massetregheten, mens en tilsvarende kraftig og skarp negativ bakkantspiss 192 sorger for å overvinne de kombinerte strømproduserende virkninger som skriver seg fra spolens opphorende magnetfelt og treghetsoversving.

Den forsterker som ble anvendt i de prover som er anskueliggjort i fig. 5 - 8, hadde når den ble anvendt i vanlig kjent drift i fig. 7 en "dempningsfaktor" slik dette uttrykk vanligvis anvendes i foreliggende fagområde, på omtrent 100, hvilket er en hoy dempningsfaktor. Som angitt i fig. 7, påvirker likevel hoytalerens treghetsoversving i vesentlig grad belastningsstrommen, og således også den tilsvarende effekt som avgis til belastningen. Den nesten fullstendige overvinning av alle hoytalerens treghetsvirkninger, blant annet treghetsoversving, som er angitt i fig. 8 i det tilfelle forsterkeren drives i henhold til foreliggende oppfinnelse, nemlig med meget korte effektutsving med hoy amplityde for å motvirke treghetsbevegelser, viser på den annen side at anordningen i henhold til oppfinnelsen benytter seg av effektbremsing for å motvirke og oyeblikkelig stoppe hoytalerens treghetsbevegelser, hvilket er langt mer positivt og effektivt enn ganske enkelt å gå inn for å dempe hoytalerens bevegelse i henhold til vanlig"praksis.

På lignende måte vil forsterkerens belastningskorreksjon i henhold til oppfinnelsen benytte effektmotvekt eller bremsing for å blokkere forskjellige andre tilfeldige hoytaler-bevegelser, f.eks. bevegelser som folge av den lavfrekvente konusresonnans, som ellers vil frembringe den meget alvorlige impedanstopp 126 i lavfrekvensområdet, slik som vist i fig. 4.

Den aktive tilbakekoblingskrets i henhold til oppfinnelsen som ble anvendt ved de prover som frembragte de overraskende resultater som er angitt i fig. 6 og 8, var faktisk innstilt for å gi konstant belastningseffekt, og som angitt ovenfor i forbindelse med fig. 1 og 3, ville den aktive tilbakekobling ha vært enda mer virkningsfull hvis den i storre grad hadde blitt innstilt for å frembringe konstant belastningsstrom.

Fig. 9 viser skjematisk hvorledes oket faseforsinkelse ved hoyere frekvenser som folge av induktiv reaktans i en hoytalerbelastning som ikke er korrigert i henhold til foreliggende oppfinnelse, kan fore til at overtoner og hurtige signalsprang i et program kan gå tapt eller bli alvorlig forvrengt. En grunnfrekvenspuls er i sin helhet betegnet med 200, og representerer en programbasis. Hvis denne grunnpuls 200 har en frekvens av størrelsesorden omkring 400 Hz, vil den som angitt i forbindelse med fig. 4/ har en faseforsinkelse i forhold til det tilforte program på omkring 33°. En del av programmet utgjores imidlertid også av forskjellige hoyfrekvente harmoniske, som i fig. 9 er representert ved tre skarpe topper 202, 204 og 206 langs den ovre kant av grunnpulsen 200. Hvis disse topper representerer frekvenser av størrelsesorden omkring 5 KHz, vil de ha en faseforsinkelse på omkring 70° i forhold til det tilforte program, hvilket betyr at de vil være faseforsinket omkring 3 7° etter grunnpulsen 200, slik som antydet ved de forskjellige stiplede avtegninger av toppene 202, 204 og 206 i fig. 9.

På denne måte vil således programbasis representert ved grunnpulsen 200 passere rett forbi de harmoniske som er representert ved toppene 202, 204 og 206, således at denne harmoniske informasjon vil enten forsvinne fra eller forvrenge det program som avspilles av hoytaleren.

Fig. 10 viser hvorledes detaljer i programinformasjonen kan bli utvisket eller forvrengt ved treghetsoversving av hoytaleren. For enkelthets skyld er den samme grunnbolge eller basisprogrampuls 200 som er angitt i fig. 9 også vist i fig. 10 med sine skarpe topper 202, 204 og 206. De stiplede linjer viser de avvik fra det tilforte program som er frembragt ved treghetsoversving. Den forste pukkel 208 i den forvrengte stiplede opptegning av hoytalerens bevegelse, angir at hoytaleren har passert rett forbi den skarpe bakkant 210 av den forste topp 202, mens den stiplede pukkel 208 angir at toppen 202 er blitt forskjovet i fase, oket i amplityde og kraftig deformert med hensyn til sitt harmoniske innhold. På samme måte angir den annen stiplede pukkel 212 at hoytalerens treghetsoversving har fått hoytaleren til å passere den skarpe bakkant 214 av den annen topp 204, således at den harmoniske informasjon i toppen viskes ut og toppens effektive fase forskyves i forhold til grunnpulsen 200. Endelig vil hoytalerens treghetsoversving utenfor den tredje topp 206 ikke bare deformere denne topp, men vil også resultere i en faseforskyvning av bakkanten av grunnpulsen 200. Fig. 11 anskueliggjør skjematisk en av grunnene til at treghetsoversving i hoytalere har vedblitt å være et alvorlig problem i dette fagområde på tross av at produsenter angir dempningsfaktorer av storrelsesorden 800 eller mer. Uttrykket "dempningsfaktor" slik det vanligvis anvendes av fagfolk, betegner forholdet mellom nominell hoytalerimpedans og forsterkerens utgangsimpedans. Slik som således uttrykket "dempningsfaktor" faktisk brukes, betyr dette at hvis en hoytaler har nominell impedans på 8 ohm og forsterkerens utgangsimpedans er 0,1 ohm, så vil den nominelle dempningsfaktor være 80. Fig. 11 anskueliggjør skjematisk den virkelige dempningsfaktor-situasjon for en 8 ohms hoytaler 220 drevet av en forsterker med en utgangsimpedans 222 på 0,1 ohm mellom forsterkerens utgangsklemmer 224 og 226. Ved fastleggelse av "dempningsfaktoren" for denne kombinasjon har man imidlertid fullstndig oversett den hoytalermotstand 228 som er vist i hoytalerdelen av kretsen i fig. 11, og som er angitt å ha en motstand på 6,7 ohm likesom den hoytaler som er representert i fig. 4. I den utstrekning det gjelder virkelig dempning

ser imidlertid hoytaleren 220 faktisk inn i sin egen motstand i serie med forsterkerens utgangsimpedans i dempekretssloyfen. På grunn av dette forhold er faktisk den virkelige dempnings-

41

faktor omtrent 8 ohm delt på 6,8 ohm, hvilket gir en verdi omkring 1,2 i stedet for 80. Dette er imidlertid på ingen måte tilstrekkelig for effektiv dempning av hoytalerens oversing.

Skjont oppfinnelsen er blitt beskrevet under henvisning til foretrukkede utførelser, vil det forstås at tallrike modifikasjoner og forandringer kan utfores av fagfolk på

området uten å avvike fra oppfinnelsens omfang og ramme, slik den er angitt i de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Differensialoperasjonsforsterker med variabel forsterkning samt en ikke-inverterende og en inverterende inngang samt en utgang, idet en inngangsmotstand er koblet såvel til den ikke-inverterende som den inverterende inngang, karakterisert ved at differensialforsterkeren er bragt i ubalanse ved at motstanden koblet til den ikke-inverterende motstand har mindre motstandsverdi enn den motstand som er koblet til den inverterende inngang.

2. Forsterker som angitt i krav 1$. karakterisert ved at motstandsforholdet mellom nevnte inngangsmotstander ligger i området mellom det forhold som vil frembringe en forsterkning i differensialoperasjonsforsterkeren som er hovedsakelig omvendt proporsjonal med differensial-spenningssignalene som påtrykkes de respektive inngangsmotstander, og et forhold som vil gi hovedsakelig konstant forsterkning for operasjonsforsterkeren.

3. Aktiv tilbakekoblingskrets for forsterkeranordning koblet til en belastning, karakterisert ved at kretsen omfatter en folingsinnretning med et par utganger for å frembringe et differensialspenningssignal som varierer hovedsakelig i samsvar med belastningsstrommen, en differensialoperasjonsforsterker med ikke-inverterende og inverterende inngang samt en utgang, en inngangsmotstand koblet mellom den ikke- inverterende inngang og en av utgangene for folerinnretningen, samt en annen inngangsmotstand koblet mellom den inverterende inngang og den annen av utgangene for folerinnretningen, idet differensialoperasjonsforsterkeren er anordnet for å avgi et tilbakekoblingssignal for forsterkeranordningen fra sin utgang og som varierer i samsvar med belastningsstrommens variasjoner.

4. Aktiv tilbakekoblingskrets som angitt i krav 3, karakterisert ved at differensialoperasjons-forsterkerens tilbakekoblingssignal varierer hovedsakelig direkte i samsvar med belastningsstrommens variasjoner.

5. Aktiv tilbakekoblingskrets som angitt i krav 3, karakterisert ved at differensialoperasjonsforsterkeren er bragt i ubalanse ved at inngangsmotstanden til den ikke-inverterende inngang har mindre motstandsverdi enn den inngangsmotstand som er koblet til inverterende inngang.

6. Aktiv tilbakekoblingskrets som angitt i krav 5, karakterisert ved at motstandsforholdet mellom inngangsmotstandene ligger i området mellom et forhold som gir en forsterkning i differensialoperasjonsforsterkeren hovedsakelig omvendt proporsjonalt med differensial-spenningssignalet, og et forhold som vil gi hovedsakelig konstant forsterkning i differensialoperasjonsforsterkeren.

7. Aktiv tilbakekoblingskrets som angitt i krav 3, karakterisert ved at belastningen omfatter en hoytaleranordning.

8. Aktiv tilbakekoblingskrets som angitt i krav 3, karakterisert ved at folerinnretningen omfatter en folermotstand i serie med belastningen.

9. Aktiv tilbakekoblingskrets som angitt i krav 8, karakterisert ved at inngangsmotstanden i forbindelse med den ikke-inverterende inngang er koblet til faktor omtrent 8 ohm delt på 6,8 ohm, hvilket gir en verdi omkring 1,2 i stedet for 80. Dette er imidlertid på ingen måte tilstrekkelig for effektiv dempning av hoytalerens oversing. Skjont oppfinnelsen er blitt beskrevet under henvisning til foretrukkede utforelser, vil det forstås at tallrike modifikasjoner og forandringer kan utfores av fagfolk på området uten å avvike fra oppfinnelsens omfang og ramme, slik den er angitt i de etterfølgende patentkrav. PATE NTKRAV

1. Differensialoperasjonsforsterker med variabel forsterkning samt en ikke-inverterende og en inverterende inngang samt en utgang, idet en inngangsmotstand er koblet såvel til den ikke-inverterende som den inverterende inngang, karakterisert ved at differensialforsterkeren er bragt i ubalanse ved at motstanden koblet til den ikke-inverterende footot?ant|rthar mindre motstandsverdi enn den motstand som er koblet til den inverterende inngang.

2. Forsterker som angitt i krav karakterisert ved at motstandsforholdet mellom nevnte inngangsmotstander ligger i området mellom det forhold som vil frembringe en forsterkning i differensialoperasjonsforsterkeren som er hovedsakelig omvendt proporsjonal med differensial-spenningssignalene som påtrykkes de respektive inngangsmotstander, og et forhold som vil gi hovedsakelig konstant forsterkning for operasjonsforsterkeren.

3. Aktiv tilbakekoblingskrets for forsterkeranordning koblet til en belastning, karakterisert ved at kretsen omfatter en folingsinnretning med et par utganger for å frembringe et differensialspenningssignal som varierer hovedsakelig i samsvar med belastningsstrommen, en differensialoperasjonsforsterker med ikke-inverterende og inverterende inngang samt - en utgang, en inngangsmotstand koblet mellom den ikke- den side av folermotstanden som ligger nærmest forsterkeranordningen.

10. Belastningskorrigerende anordning for program-forsterkerutstyr med en programinngang og en programutgang som er koblet til en belastning, karakterisert ved at anordningen omfatter en differensialforsterker i programforsterkerutstyret og utstyrt med en inngang for programsignalspenning og en inngang for tilbakekoblet signalspenning, en foleranordning tilordnet belastningen og utstyrt med et par utganger for å frembringe et differensial-spenningssignal som varierer hovedsakelig i avhengighet av belastningsstrommen, en differensialoperasjonsforsterker med ikke-inverterende og inverterende inngang samt en utgang, elektriske forbindelser mellom utgangene fra folerinnretningen og de respektive innganger for differensialoperasjonsforsterkeren, samt elektrisk forbindelse mellom differensialforsterkerens utgang og dens inngang for tilbakekoblét spenningssignal, idet differensialoperasjonsforsterkeren er anordnet for å avgi et korrigerende tilbakekoblingssignal til differensialforsterkeren med det formål å frembringe oyeblikkelig justering av programforsterkerutstyrets forsterkning for å kompensere for avvik av belastningsestrommen fra det tilforte program.

11. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at differensialforsterkeren omfatter en inngangsdel av en effektforsterker.

12. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at differensialforsterkeren omfatter en forforsterker, og programforsterkerutstyret også omfatter en effektforsterker.

13. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at inngangen for programspenningssignalet utgjores av den ikke-inverterende inngang for differensialforsterkeren, mens inngangen for tilbakekoblet spenningssignal utgjores av den inverterende inngang for differensialforsterkeren.

14. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at differensialoperasjons-forsterkerens tilbakekoblingssignal varierer "hovedsakelig direkte i samsvar med belastningsstrommens variasjoner.

15. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at differensialoperasjonsforsterkeren er bragt i ubalanse ved at den motstand som er forbundet med den ikke-inverterende inngang har mindre motstandsverdi enn den motstand som er koblet til den inverterende inngang.

16. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 15, karakterisert ved at motstandsforholdet mellom inngangsmotstandene ligger i området mellom et forhold som vil gi en forsterkning i differensialoperasjonsforsterkeren som er hovedsakelig omvendt proporsjonalt med differensial-spenningssignalet, og et forhold som vil gi hovedsakelig konstant forsterkning i denne forsterker.

17. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at belastningen omfatter en hoytalerinnretning.

18. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at folerinnretningen omfatter en folermotstand i serie med belastningen.

19. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 18, karakterisert ved at den motstand som er forbundet med den ikke-inverterende inngang er koblet til den side av folermotstanden som ligger nærmest forsterker-utstyret.

20. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at den omfatter forsterk-ningsinnstilling i den tilbakekoblingssloyfe som omfatter programforsterkerutstyret, folerinnretningen og differensialoperasj onsforsterkeren.

21. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 20, karakterisert ved at forsterkerinnstillingen er plassert mellom utgangen fra differensialoperasjonsforsterkeren og inngangen for programspenningssignalet.

22. Belastningskorrigerende anordning som angitt i krav 20, karakterisert ved at forsterkerinnstillingen er anbragt i programforsterkerutstyret.

23. Fremgangsmåte for å frembringe en differensialoperasj onsf orsterker med forsterkning som varierer med varierende differensialinngangsspenning, karakterisert ved at såvel den ikke-inverterende som den inverterende inngang for differensialoperasj onsf orsterkeren forsynes med en inngangsmotstand, og motstandsverdien for den motstand som er forbundet med den ikke-inverterende inngang er mindre enn motstandsverdien for den motstand som er koblet til den inverterende inngang.

24. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at motstandsforhoIdet mellom inngangsmotstandene innstilles i området mellom et forhold som vil gi en forsterkning i differensialoperasjonsforsterkeren som er hovedsakelig omvendt proporsjonalt med de d>iff erensialspenningssignaler som påtrykkes inngangsmotstandene, og et forhold som vil gi hovedsakelig konstant forsterkning i denne forsterker.

25. Fremgangsmåte for å korrigere for variasjoner i en forsterkers belastning, karakterisert ved at belastningsstrommen avfoles, det frembringes et tilbakekoblingssignal i avhengighet av den avfolte belastningsstrom, tilbakekoblingssignalet sammenlignes med det tilforte forsterkerprogram, og forsterkerens forsterkning innstilles slik at det kompenseres for belastningsstrommens avvik fra programmet.

26. Fremgangsmåte som angitt i krav 25, karakterisert ved at tilbakekoblingssignalet frembringes slik at det varierer hovedsakelig direkte i samsvar med belastningsstrommens variasjoner.

2 7. Fremgangsmåte som angitt i krav 25, karakterisert ved at belastningsstrommen avfoles ved å frembringe en differensialspenning over en motstand i serie med belastningen.

28. Fremgangsmåte som angitt i krav 25, karakterisert ved at tilbakekoblingssignalet frembringes ved hjelp av utstyr som omfatter en differensialoperasj onsforsterker.

2 9. Fremgangsmåte som angitt i krav 28, karakterisert ved at differensialoperasjonsforsterkeren bringes i ubalanse ved å gjore den inngangsmotstand som er tilsluttet dens ikke-inverterende inngang mindre enn den inngangsmotstand som er koblet til dens inverterende inngang.

30. Fremgangsmåte som angitt i krav 2 9, karakterisert ved at forholdet mellom . inngangsmotstandene innstilles i området mellom et forhold som vil gi en forsterkning i differensialoperasjonsforsterkeren som er hovedsakelig omvendt proporsjonalt med de differensial-spenningssignaler som påtrykkes inngangsmotstandene som en folge av avfolingen av belastningsstrommen, og et forhold som vil gi hovedsakelig konstant forsterkning for denne forsterker.

31. Fremgangsmåte som angitt i krav 25, karakterisert ved at belastningen omfatter en hoytaler.