高效 A 类音频功率放大器制造技术

本发明专利技术是一种输出级的电源电压和偏置电源受被放大信号控制的高效Ａ类音频功率放大器，由功率放大器、电压受控电源和受控偏置电路构成。任一时刻，高效Ａ类音频功率放大器输出级的电源电压和偏置电流值，均为以该时刻的输出功率认作最大输出功率的传统Ａ类功率放大器输出级所要求的电源电压和偏置电流值。因此，本发明专利技术解决了传统Ａ类功率放大器的主要缺陷。本发明专利技术适用于高保真音频功率放大器。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种输出级的电源电压和偏置受被放大信号控制的高效甲类的音频功率放大器，属提高半导体放大器输出效率的改进技术。近年来，高保真放大器的研制非带活跃，日本、美国和西欧的一些厂家都相继研制了不少新产品投放市场，国内也有一些产品问世。通常，这些放大器工作于甲(A)类或乙(B)类(包括AB类)状态。工作在A类状态的功率放大器不会产生交越失真和开关失真，音质优于工作在B类状态的功率放大器，但其效率却远低于工作在B类状态的功率放大器。为获得优美的音质，同时又有较高的效率，一些功率放大器采用了“无截止偏置电路”，如美国施里肖尔德公司的“动态偏置电路”、日本先锋(pioneer)公司的“无开关动作放大器”、日本胜利(JVC)公司的“超甲类放大电路”、日本松下(Technics)公司的“新甲类放大电路”、日本哥伦比亚公司的“实时偏置电路”等等。这些无截止放大电路的构思都比较巧妙。其中日本哥伦比亚公司的Denon牌POA3000型功率放大器的“实时偏置电路”更为新颖，它从输出级偏置电流方面入手，部分解决了传统A类功率放大器的低效率问题。然而，分析电路可以看到，它的全部偏置电路设置在输出级的信号通路中，偏置电路结构极为繁杂，此外，由于它的输出级的电源电压固定不变，所以，这种“实时偏置电路”在放大器小功率输出时的效率仍较低。德国专利DE 3013186“高效率的功率放大器”叙述了以改变电源电压的方式提高功率放大器的效率。但是施加于放大器输出级的电源电压呈大幅度的阶跃变化，由此产生的脉冲性噪声可能通过电源而影响到放大器的输出，电源电压的变化阶差电压较大时更为严重。其次，运用这种方式来提高功率放大器的效率，必须使电源电压的变化比较精密地跟踪放大器的输出电压，尽量压低多余的电源电压，方能明显提高放大器的效率，因而就要求大大增加电源电压的变化级数。若按德国专利DE3013186所述的方案，就要设置两倍于电源电压变化级数的独立电源组，因此;当这种要求的电压变化级数较多时，在实际应用中会变得难以实现。特别当放大器要具有高输出能力时，更是如此，因而，上述专利所述的方案，对放大器效率的改善是“粗糙的”、有限的。本专利技术综合了这些提高放大器效率的基本思想，改进设计了一种全新结构的高效A类音频功率放大器。本专利技术的目的是，用一个效率与输出电压无关的电压受控电源和简单的受控偏置电路，施加于A类功率放大器上，从而在保证A类功率放大器的优美音质的前提下，降低无用损耗及发热，提高放大器的效率。本专利技术高效A类音频功率放大器由A类功率放大器、模拟电源、量化电源以及简单的受控偏置电路组成。功率放大器的输入级和推动级由固定电压的电源Vc1供电，输出级则由电压受控电源Vc2供电。电压受控电源由两大部分组成模拟电源和量化电源，模拟电源输出端的电压也就是电压受控电源的输出电压Vc2。其中模拟电源由绝对值电路、峰值保持电路、驱动电路和跟随器组成;量化电源由检测电路、代码转换器、触发驱动电路、电子开关、续流管、单元电源、基始电源和储能电容C组成。由于模拟电源的输出电压受功率放大器的输出电压控制，所以，功率放大器的输出电压愈高，电压受控电源的输出电压Vc2的值也愈高，这个可变的电源电压可保证放大器在未达到最大输出之前的任一时刻，输出信号电压不被削顶，同时，又可省去多余的电源电压;反之，当功率放大器的输出电压较低时，Vc2的值也会随之降低。但Vc2有一个最低保持值，称为初始电压，它一方面能克服输出级功率管的饱和压降，同时也提供了一个补偿可变电源系统响应时间延迟的缓冲量。量化电源在任何时刻都能提供一个略高于或等于模拟电源的输出电压Vc2与跟随器工作电压二者之和的量化电压。传统A类功率放大器输出级偏置电流通常按下式要求设定不变偏置电流IQ＝ (最大输出功率时的电压峰值Vomax)/(负载阻抗RL) × 1/2所以，即使是在小功率输出状态下，也要流过相当大的偏置电流。本专利技术的高效A类功率放大器在输出级设计有一个简单的受控偏置电路，输出级的偏置电流受控于输出讯号，其值为即时输出电压峰值的函数偏置电流IQ＝ (即时输出功率的电压峰值VO)/(负载阻抗RL) × 1/2即，以放大器即时输出功率认作为最大输出功率的A类功率放大器输出级所要求的偏置电流。因输出级的偏置电流与基极电阻Rb两端的偏置电压VB相关，因此，可导出输出级的偏置电压VB与输出电压峰值Vo二者间的关系式VB＝Re/RLVo+2N Vbe式中，Re为输出级功率管发射极反馈电阻，RL为负载电阻，N为输出级按达林顿接法的级数，Vbe为晶体管的基-射极压降，Vo为输出电压峰值。据此，本专利技术用了两个偏置电阻，满足了偏置电压VB的动态变化要求(Re/RI Vo)以及用共射推动级的偏置电流和电压受控电源的初始电压在基极电阻Rb上的共同作用，满足VB的静态要求(2N Vbe)。即每一个输出级用一个电阻分压网络(例如，可由三只电阻阻成)，连接电压受控电源输出端和输出级偏置电流控制端之间实现受控偏置。输出级受控偏置后，A类放大器就能在达到最大输出之前，省去多余的偏置电流，从而进一步提高放大器的效率。由于本专利技术同时省去了A类放大器输出级多余的电源电压和偏置电流，故输出级始终工作在A类功率放大器的最大输出状态，大幅度降低了无用损耗和发热;由于在本专利技术中放大器工作在纯A类状态下，所以它能忠实地放大信号。本专利技术的高效A类功率放大器其理论效率可达50%，且不随相对输出功率的减少而降低。如后面图8所示，阴影区为本专利技术效率改善区。由于音乐信号峰值与平均值之比是一个很大的值，因而，要求用于高保真重放的功率放大器的最大输出功率往往是平均使用功率的十倍以上。就这一点而言，本专利技术用于高保真音频重放，具有特殊的意义，实际的效率改善程度更大。所以，本专利技术是一种高保真，高输出和高效率的优质音频功率放大器，有着广阔的发展前景。附图说明图1为本专利技术的原理框图。其中〔1〕是BTL的功率放大器，〔2〕是电压受控电源、〔3〕是模拟电源、〔4〕是量化电源、〔5〕是负载RL、〔6〕是绝对值电路、〔7〕是峰值保持电路、〔8〕是驱动电路、〔9〕是跟随器、〔10〕是检测电路、〔11〕是代码转换器、〔12〕是触发驱动电路、〔13〕是电子开关、〔14〕是单元电源、〔15〕是续流管、〔16〕是基始电源、〔17〕是基极电阻Rb、〔18〕是功率管射极反馈电阻Re、〔19〕是偏置电阻、〔20〕是储能电容器。 图2为最简绝对值电路〔6〕。 图3为最简峰值保持电路〔7〕。 图4为驱动电路〔8〕。 图5为检测电路〔10〕。 图6为量化电压级数为16级时的代码转换器。 图7为用“窗口比较器”方式控制量化电源。 图8为输出功率与效率的关系图表。 下面结合附图说明本专利技术的实施例。 功率放大器〔1〕的输入级和推动级由固定电压的电源VC1]]>供电，输出级由电压受控电源〔2〕VC2]]>供电。电压受控电源〔2〕由模拟电源〔3〕和量化电源〔4〕组成。在模拟电源中，从负载〔5〕两端拾取的输出电压，经绝对值电路〔6〕变换成单极性电压，输入峰值保持电路〔7〕，实现峰值保持，峰值保持电路的时间常数可在0-0.1秒之间选择，保持时间愈长，对效率的改善程度愈小，但电压受控电源系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括放大电路、负载、跟随器的高效Ａ类音频功率放大器，其特征在于有受被放大信号控制的由模拟电源和量化电源组成的电压受控电源和受被放大信号控制的受控偏置电路。

【技术特征摘要】
1.一种包括放大电路、负载、跟随器的高效A类音频功率放大器，其特征在于有受被放大信号控制的由模拟电源和量化电源组成的电压受控电源和受被放大信号控制的受控偏置电路。2.根据权利要求1所述的高效A类音频功率放大器，其特征在于量化电源由检测电路、代码转换器、触发驱动电路、基始电源、多组电压值约成二倍率关系的单元电源、储能电容器、电子开关和续流管构成。3.根据权利要求1所述的高效A类音频功率放大器，其特征在于模拟电源由绝对值电路、峰值保持电路、驱动电路和跟随器构成。4.根据权利要求1所述的高效A类音频功率放大器，其特征在于受控偏置电路是...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙一鸣，
申请(专利权)人：孙一鸣，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]