CN100474763C - 用于最小化输出失真的功率放大器削波电路 - Google Patents

用于最小化输出失真的功率放大器削波电路 Download PDF

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Abstract

一种最小化输出失真和高频噪声的功率放大器削波电路，包括：输入电平分压装置，生成第一和第二分压；第一和第二偏置晶体管，将偏压供给预定第一微分放大装置；第三偏置晶体管，将偏压供给第一微分放大装置；第一恒流源，控制第三偏置晶体管；第一微分放大装置，生成第一或第二输出信号；第四和第五偏置晶体管，将偏压供给预定第二微分放大装置；第六偏置晶体管，将偏压供给第二微分放大装置；第二恒流源，控制第六偏置晶体管；第二微分放大装置，生成第三或第四输出信号；第一和第二输出电压控制装置，分别降低和提高输入电压电平。本发明防止由过大输入电压使输出波形削波时输出波形的突变，使得过大输入电压后立即发生的输出波形等于原始波形。

Description

用于最小化输出失真的功率放大器削波电路
技术领域
本发明涉及一种功率放大器电路，具体讲，涉及一种功率放大器削波电路，当输出波形被削波时，使得突变信号变化很平滑，并且生成用于未削波部分的与原始波形相同的输出波形
背景技术
功率放大器，通常使用多个晶体管或集成电路(IC)设备，是一种允许通过输入控制电源从而产生一些有用的输出的设备。例如，通过使用功率放大器，从音频设备输出的语音信号可以具有更高增益和更好的音质。
功率放大器电路有一个反馈回路，用以将输出信号反馈回功率放大器电路。当提供给功率放大器电路的输入电压过大时，或者由于短路使得电源电路无法正常工作时，功率放大器的输出波型变形。这种变形通常称为削波。当输出波形被削波时，功率放大器电路的反馈回路不能工作。
图1中，标号100指总的波形图，表示典型的功率放大器削波电路的输入波形110和输出波形112。参照图1，位于动态范围外的虚线110表示输出波形没有变形时的原始波形，而实线112表示输出波形被削波后的输出波形。它表明，当输出过大时，超出功率放大器动态范围之外的部分被削波。在削波转折处引入了高频噪声114。具体讲，当高增益的放大器连接到高电感的外部扬声器的情况下，会产生严重问题。例如，如图1中所示，当输出波形被削波时高频噪声114出现并且干扰了听众。
图2表示用于减少输出削波的典型的功率放大器削波电路的电路图。参照图2，典型的功率放大器削波电路200包括：电阻R1和R2，分别在正的外电压+VCC和地GND之间以及在地GND和负的外电压-VCC之间相串联；第一比较器11，它接收到电阻R1和R2所分的预定第一电压VP1以及输入电压V1，比较这两个电压值并且输出较大的结果；第二比较器12，它接收到电阻R1和R2所分的预定的第二电压VP2以及输入电压V1，比较这两个电压值并且输出较大的结果；第一二极管D1，它接收第一比较器的输出值；第二二极管D2，它接收第二比较器的输出值；电容C1，它是通过第一二极管D1和第二极管D2的输出进行充电；晶体管J1，它由电容C1充电后进行工作；电阻R0、R3、R4；以及外部扬声器的电感器L。
图3中，波形图300表示图2中的功率放大器削波电路的输出波形312。原始波形以标号310表示用以比较。尽管削波发在314区域，原始信号310和输出波形312之间的附加失真还可以在其它区域的各个图中看到。功率放大器削波电路200用于改善图1中所示的输出波形的高频噪声。尽管高频噪声可能通过图2中的功率放大器削波电路200减少，如图所示，由于输出波形312和输入波形310之间的差异，电容C1又造成了附加失真。
现在开始解释典型的功率放大器削波电路200的工作。如果放大器210的增益为AV，电阻R1和R2的值的设置使得为(R1+R2)/R2＝AV，第一电压VP1和第二电压VP2与输入电压V1的值相等，在此电压下，放大器210的输出V0被削波。在这种情况中，假定放大器210的动态范围定义在正的外部电源电压+VCC与负的外部电源电压-VCC间。尽管放大器210内的装备限制了这个动态范围，其偏差依然可以通过调整电阻R1和R2的值得到补偿。因此，为方便解释，将上述动态范围视作合理的假定。
当输入电压V1小于第一电压VP1并大于第二电压VP2时，即，在正常工作时间，第一比较器11和第二比较器12都是负值，因此，第一比较器11和第二比较器12的输出被第一二极管D1和第二二极管D2阻止，电容C1没有充电。相应地，电容C1的电位是0V并且晶体管J1关断。因为电流没有流过串接到输入电压V1的电阻R0，因此没有产生电降，整个输入电压V1提供给放大器，从而执行正常运行。
然而，当输入电压V1大于第一电压VP1，即，当提供给功率放大器削波电路200过大的电压时，第二比较器12的输出仍然是负值，但第一比较器11的输出变为正值，第一二极管D1接通，电容C被充电。因此，晶体管J1接通，输入电压V1达到由电阻R0与晶体管J1的接通电阻所分的电压值，并且，由于该电压值小于原始输入电压，V1被提供给放大器210。在这里，晶体管J1是结型场效应晶体管(“JFET”)。从放大器210的角度来说，如图3所示，当高频噪声的产生被抑制时，反馈回路(未示出)仍然保持，输出波形得以削波。
应该懂得，当输入电压V1小于第二电压VP2时，其结果与输入电压V1大于第一电压VP1的情况下的结果类似。相应地，其重复的解释在此略去。
然而，当功率放大器削波电路200具有如图2所示的电路时，电容C1应该包括在内。另外，如图3所示，如果输入电压V1大于第一电压VP1，并且被提供给功率放大器削波电路200，而且电压C1通过电阻R4充电，则晶体管J1接通直到其电流通过电容C1完全放电，输入电压V1被分压。相应地，尽管在过大的输入电压V1之后又能提供正常的输入电压V1，但放大器210的输出波形V0比正常的输出波形V0要小，如图3中虚线波形所示，对于预定的间隔或者在电容C1中的电流放电完毕之后，输出信号会变得与原始信号不同。因此，附加失真仍然存在。
另外，这种装置在欧洲专利申请No.88108772.0中公开，它的电路结构不同于图2中的功率放大器削波电路200，而是具有削波检测器和用于减少输出波形变形的电压控制天线，并且还需要一个电容，因此会遇到与图2的功率放大器削波电路200相同的附加失真的问题。
发明内容
为解决以上问题，本发明的实施例提供了一种功率放大器削波电路，该电路不需要增加电容，就可以防止或者缓和当输出波形由于过大的输入电压而被削波时输出波形中的突变的情况，并且使得当过大的输入电压之后立即出现与原始波形相同的未被削波部分的输出波形。
相应地，本发明提供了一种功率放大器削波电路，它包括：输入电平分压装置，用于生成第一分压和第二分压，该第一分压和第二分压用于划分输入电压所属的电平的间隔；第一偏置晶体管和第二偏置晶体管，它们连接到正的内部电源电压，第一和第二偏置晶体管形成电流反射镜，并且将偏置电压提供给预定的第一微分放大装置；第三偏置晶体管，它连接到第一偏置晶体管并且将偏置电压提供给第一微分放大装置；第一恒流源，它连接到第三偏置晶体管和负的内部电源电压，并且控制第三偏置晶体管；所述第一微分放大装置，它接收第一分压和输入电压，并且，如果输入电压的电平介于第一分压和预定的第一削波电压之间，则生成第一输出信号，而如果输入电压的电平超过第一分压，则生成第二输出信号；第四偏置晶体管和第五偏置晶体管，它们连接到负的内部电源电压，该第四偏置晶体管和第五偏置晶体管形成电流反射镜，并且将偏置电压提供给预定的第二微分放大装置；第六偏置晶体管，它连接到第四偏置晶体管并且将偏置电压提供给第二微分放大装置；第二恒流源，它连接到第六偏置晶体管和正的内部电源电压，并且控制第六偏置晶体管；第二微分放大装置，它接收第二分压和输入电压，并且，如果输入电压的电平介于预定的第二削波电压和第二分压之间，则产生第三输出信号，而如果输入电压的电平超过第二分压，则产生第四输出信号；第一输出电压控制装置，它连接于负的内部电源电压和一个输出节点之间，其中串接到输入电压的输入电阻连接到功率放大器，并且，响应第一和第二输出信号，降低输入电压的电平，并且将输入电压提供给功率放大器；及第二输出电压控制装置，它连接于正的内部电源电压和输出节点之间，响应于第三和第四输出信号，提高输入电压的电平，并且将输入电压提供给功率放大器。
最好，所述的输入电平分压装置包括：第一分压电阻，其一端连接到正的外部电源电压，而另一端连接到生成第一分压的第一节点；第二分压电阻，其一端连接到第一节点，而另一端连接到地；第三分压电阻，其一端连接到地，而另一端连接到第二节点并且生成第二分压；第四分压电阻，其一端连接到第二节点，而另一端连接到负的外部电源电压。
最好，所述的第二分压电阻和第三分压电阻具有相同的阻值，而第一分压电阻和第四分压电阻具相同的阻值。
最好，所述的功率放大器的增益是通过将第一分压电阻的阻值与第二分压电阻的阻值之和除以第二分压电阻的阻值而得到的。
最好，所述的第一微分放大装置包括：第一下微分(drop differential)晶体管，其集电极连接到第二偏置晶体管的集电极和基极，所述第一分压提供给其基极；第二下微分晶体管，其集电极连接到第二偏置晶体管的集电极和基极，所述输入电压提供给其基极；第三下微分晶体管，其发射极连接到第一下微分晶体管的发射极，其基极连接到第三偏置晶体管的基极，其集电极产生所述第二输出信号；第四下微分晶体管，其发射极连接到第二下微分晶体管的发射极，其基极连接到第三偏置晶体管的基极；及第一有源负载装置，它连接于第三和第四下微分晶体管的发射极与负的内部电源电压之间，并且生成第一输出信号。
最好，所述的第一有源负载装置包括：第一下负载晶体管，其集电极连接到第三下微分晶体管的集电极，其发射极连接到负的内部电源电压；及第二下负载晶体管，其集电极连接到第四下微分晶体管的集电极，其基极和集电极共同连接到第一下负载晶体管的基极，其发射极连接到负的电源电压，其中第一输出信号从第一和第二下负载晶体管的基极输出。
最好，所述的功率放大器削波电路还包括：位于第一和第三下微分晶体管之间以及第二和第四下微分晶体管之间的多个电阻设备。
最好，所述的第一削波电压小于当功率放大器的输出波形开始被削波时的输入电压，其小于量2n倍于下微分晶体管的阈值电压，其中n代表下微分晶体管的数量。
最好，所述的输入电压在功率放大器的输出波形开始被削波时与第一分压具有相同的电平。
最好，所述的第二微分放大装置包括：第一上微分(rise differential)晶体管，其集电极连接到第五偏置晶体管的集电极和基极，所述第二分压提供给其基极；第二上微分晶体管，其集电极连接到第五偏置晶体管的集电极和基极，所述输入电压提供给其基极；第三上微分晶体管，其发射极连接到第一上微分晶体管的发射极，其基极连接到第六偏置晶体管的基极，其集电极生成所述第四输出信号；第四上微分晶体管，其发射极连接到第二上微分晶体管的发射极，其基极连接到第六偏置晶体管的基极；及第二有源负载装置，它连接于第三和第四上微分晶体管的集电极与正的内部电源电压之间，并且生成所述第三输出信号。
最好，所述的第二有源负载装置包括：第一上负载晶体管，其集电极连接到第三上微分晶体管的集电极，其发射极连接到正的内部电源电压的发射极；及第二上负载晶体管，其集电极连接到第四上微分晶体管的集电极，其基极和集电极共同连接到第一上负载晶体管的基极，其发射极连接到正的内部电源电压，其中第三输出信号从第一和第二上负载晶体管的基极输出。
最好，所述的功率放大器削波电路还包括：位于第一和第三上微分晶体管之间以及第二和第四上微分晶体管之间的多个电阻设备。
最好，所述的第二削波电压大于当功率放大器的输出波形开始被削波时的输入电压，其大于量2m倍于上微分晶体管的阈值电压，其中m表示上微分晶体管的数量。
最好，所述的输入电压在功率放大器的输出波形开始被削波时具有与第二分压相同的电平。
最好，所述的第一输出电压控制装置包括：第一下控制晶体管，其发射极连接到负的内部电源电压，所述第一输出信号提供给其基极，其集电极连接到输出节点；及第二下控制晶体管，其发射极连接到负的内部电源电压，所述第二输出信号提供给其基极，其集电极连接到所述输出节点。
最好，所述的第二输出电压控制装置包括：第一上控制晶体管，其发射极连接到正的内部电源电压，所述第三输出信号提供给其基极，其集电极连接到所述输出节点；及第二上控制晶体管，其发射极连接到正的内部电源电压，所述第四输出信号提供给其基极，其集电极连接到所述输出节点。
因此，按照本发明的功率放大器削波电路，能够防止当由于过大的输入电压而使输出波形削波时输出波形中出现的突变，并且使得在过大的输入电压之后立即出现的波形与原始波形相同。
附图说明
参照附图及其优选实施例对本发明进行详细描述后，以上所述的目的和优点将变得更加明朗。其中，
图1是表示典型的功率放大器削波电路的波形图；
图2是表示防止输出失真的典型的功率放大器削波电路的电路图；
图3是表示图2的典型的功率放大器削波电路的输出波形的波形图；
图4是表示按照本发明的功率放大器削波电路的电路图；及
图5是表示图4的功率放大器削波电路的输出波形的波形图。
具体实施方式
在本发明的公开内容中，提供了一种功率放大器削波电路，它不增加电容器即可防止输出波形的突变，并且当由于过大输入电压而引起输出波形被削波时能够提供平滑削波。另外，公开的功率放大器削波电路使得在提供过大的输入电压之后立即发生的输出波形与原始波形相同。因此功率放大器削波电路减小了输出失真以及高频噪声。
图4是表示按照本发明的功率放大器削波电路的电路图。参照图4，功率放大器削波电路400包括输入电平分压装置410，第一到第六偏置晶体管BTR1到BTR6，第一和第二恒流源IC1和IC2，第一微分放大装置420，第二微分放大装置430，第一输出电压控制装置440和第二输出电压控制装置450。
输入电平分压装置410分别生成第一和第二分压VP1和VP2，它们分别对输入电平V1所属的电平间隔进行分压。具体讲，输入电平分压装置410包括第一分压电阻R1，其一端连接到正的外部电源电压+VCC，其另一端连接到第一节点N1，以便生成第一分压VP1；第二分压电阻R2，其一端连接到第一节点N1而另一端连接到地GND；第三分压电阻R3，其一端连接到地GND，而别一端连接到第二节点N2，生成第二分压VP2；第四分压电阻R4，其一端连接到第二节点N2，而另一端连接到负的外部电源电压-VCC。
第一和第四分压电阻R1和R4具有相同的电阻值，而第二和第三分压电阻R2和R3具有相同的电阻值。功率放大器460的增益是通过将第一分压电阻R1的阻值与第二分压电阻R2的阻值之和除以第二分压电阻R2的阻值而得到的。
第一和第二偏置晶体管BTR1和BTR2连接到正的内部电源电压+VCC，形成电流反射镜，并将偏置电压提供给预定的第一微分放大装置420。第一恒流源IC1连接于第三偏置晶体管BTR3和负的内部电源电压-VCC之间，并且控制第三偏置晶体管BTR3。
第一微分放大装置420接收到第一分压VP1和输入电压V1，如果输入电压V1介于预定的第一削波电压VCP1和第一分压VP1之间，则生成第一输出信号OUTS1。如果输入电压超过第一分压VP1，第一微分放大装置生成第二输出信号OUTS2。
更具体讲，第一微分放大装置420包括第一下微分晶体管Q1，其集电极连接到第二偏置晶体管BTE2的集电极和基极，第一分压VP1提供给其基极；第二下微分晶体管Q2，其集电极连接到第二偏置晶体管BTR2的集电极和基极，输入电压V1提供给其基极；第三下微分晶体管Q3，其发射极连接到第一下微分晶体管Q1的发射极，其基极连接到第三偏置晶体管BTR3的基极，其集电极生成第二输出信号OUTS2；第四下微分晶体管Q4，其发射极连接到第二下微分晶体管Q2的发射极，其基极连接到第三偏置晶体管BTR3的基极；以及第一有源负载装置425，其连接于第三和第四下微分晶体管Q3和Q4的集电极与负的内部电源电压-VCC之间，并生成第一输出信号OUTS1。
第一有源负载425包括第一下负载晶体管Q5，其集电极连接到第一下微分晶体管Q3的集电极，其发射极连接到负的内部电源电压-1VCC；第二下负载晶体管Q6，其集电极连接到第四下微分晶体管Q4，其基极和集电极共同连接到第一下负载晶体管Q5，其发射极连接到负的内部电源电压-1VCC。第一输出信号OUTS1从第一有源负载装置425中的第一和第二下晶体管Q5和Q6的基极输出。在第一和第三下微分晶体管Q1和Q3之间以及在第二和第四下微分晶体管Q2和Q4之间还应该放置更多的电阻。而且，当功率放大器460的输出波形V0开始削波时，第一削波电压VCP1小于输入电压V1，其小于量为2n倍于下微分晶体管的阈值电压。这里，n代表下微分晶体管的数量。在本发明的优选实施例中，当功率放大器460的输出波形V0开始削波时，输入电压V1与第一分压VP1相等。
第四和第五偏置晶体管BTR4和BTR5连接到负的内部电源-1VCC，形成电流反射镜，并且将偏置电压提供给预定的第二微分放大装置430。第六偏置晶体管BTR6连接到第四偏置晶体管BTR4，并且将偏置电压提供给第二微分放大装置430。
第二恒流源IC2连接于第六偏置晶体管BTR6和正的内部电源电压1VCC，并控制第六偏置晶体管BTR6。第二微分放大装置430接收第二分压VP2和输入电压V1。如果输入电平V1介于第二削波电压VCP2和第二分压VP2间，第二微分放大装置430生成第三输出信号OUTS3。当输入电平V1超过第二分压VP2时，第二微分放大装置430生成第四输出信号OUTS4。
更具体讲，第二微分放大装置430包括第一上微分晶体管Q12，其集电极连接到第五偏置晶体管BRT5的集电极和基极，第二分压VP2提供给其基极；第二上微分晶体管Q13，其集电极连接到第五偏置晶体管BTR5的集电极和基极，输入电压提供给其基极；第三上微分晶体管Q10，其发射极连接到第五上微分晶体管Q12的发射极，其基极连接到第六偏置晶体管BTR6的基极，其集电极生成第四输出信号；第四上微分晶体管Q11，其发射极连接到第二上微分晶体管Q13，其基极连接到第六偏置晶体管BTR6的基极；以及第二有源负载装置435，它连接于第三和第四上微分晶体管Q10和Q11的集电极与正的内部电源电压1VCC之间，并生成第三输出信号OUTS3。
第二有源负载装置435包括第一上负载晶体管Q7，其集电极连接到第三上微分晶体管Q10的集电极，其发射极连接到正的内部电源电压1VCC；以及第二上负载晶体管Q8，其集电极连接到第四上微分晶体管Q11的集电极，其基极和集电极共同连接到第一上负载晶体管Q7的基极，其发射极连接到正的内部电源电压1VCC。第三输出信号OUTS3从第二有源负载装置435的第一和第二上负载晶体管Q7和Q8的基极输出。
在第一和第三上微分晶体管Q12和Q10之间，以及第二和第四上微分晶体管Q13和Q11之间还应再放置一些附加电阻。第二削波电压VCP2大于输入电压V1(当功率放大器460的输出波形V0开始削波时)，其大于量为2m倍于上微分晶体管的阈值电压。这里，m代表上微分晶体管的数量。在本发明的优选实施例中，当输出波形V0开始削波时，功率放大器460的输入电压V1与第二分压VP2相等。
在第一输出电压控制装置440中，输入电阻R0串接在负的内部电源电压-1VCC与输入电压V1之间，并作用于连接到功率放大器460的输出节点NOUT。第一输出电压控制装置440相应于第一和第二输出信号OUTS1和OUTS2降低了输入电平V1，并且将输入电压V1提供给功率放大器460。
更具体讲，第一输出电压控制装置440包括第一下控制晶体管Q14，其发射极连接到负的内部电源电压-1VCC，第一输出信号OUTS提供给其基极；以及第二下控制晶体管Q16，其发射极连接到负的内部电源电压-1VCC，第二输出信号OUTS2提供给其基极，其集电极连接到输出节点NOUT。
第二输出电压控制装置450连接于正的内部电源电压1VCC与输出节点NOUT之间，并且相应于第三和第四输出信号OUTS3和OUTS4增大了输入电压V1的电平。另外，第二输出电压控制装置450将输入电压V1提供给功率放大器460。
更具体讲，第二输出电压控制装置450包括第一上控制晶体管Q9，其发射极连接到正的内部电源电压1VCC，第三输出信号OUTS3提供给其基极，而其集电极连接到输出节点NOUT；以及第二上控制晶体管Q15，其发射极连到正的内部电源电压1VCC，第四输出信号OUTS4提供给其基极，其集电极连接到输出节点NOUT。
图5表示了图4的功率放大器削波电路的输出波形的波形图，总波形图由标号500表示。这里，原始输入波形510被削波成输出波形512，而没有高频失真。另外，在削波区域确实没有诸如典型电路中电容或其它同类产品所造成的其它附加失真。
参照图4和图5，按照本发明的功率放大器削波电路的工作将在此详细介绍。假定功率放大器460的增益是AV，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的值首先设置使得(R1+R2)/R2＝AV。由于第三分压电阻R3和第四分压电阻R4的值分别与和第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的值相等，如果第一到第四分压电阻的电阻值设置为满足以上公式，当功率放大器460的输出V0被削波时，第一分压VP1和第二分压VP2达到与输入电压V1相同的值。在这种情况下，假定放大器460动态范围由正的外部电源电压+VCC和负的外部电源电压-VCC所定义的区间给定。实际上，放大器460内部的装置限定了这个动态范围，因此，由于该偏置值可以通过调整电阻R1和R4的值来补偿，接受以上的动态范围是为方便描述的公平合理的假设。
当输入电压V1小于第一分压VP1并且大于第二分压VP2时，即，当输入电压V1在输出波形V0没有被削波的间隔内摆动时，第一微分放大装置420的第二下微分晶体管Q2和第二微分放大装置430的第二上微分晶体管Q13关断。相应地，第一输出电压控制装置440的第一下控制晶体管Q14和第二下控制晶体管Q16，以及第二输出电压控制装置450的第一上控制晶体管Q9和第二上控制晶体管Q15都关断。由于电流不流经串接在输入电压V1和输出节点NOUT之间的输入电阻R0，在输入电压V1中没有发生电压降，整个输入电压V1提供给功率放大器460，从而开始执行正常的工作。
如果输入电压V1接近第一分压VP1，第一微分放大装置420的第二下微分晶体管Q2进入活动区域，电流开始流经第二下微分晶体管Q2，电流流过第四下微分晶体管Q4以及第一有源负载装置425的第二下负载晶体管Q6。第二下负载晶体管Q6生成第一输出信号OUTS1，第一输出信号OUTS1提供给第一输出电压控制装置440的第一下控制晶体管Q14。这表明第一输出信号OUTS1从第二下微分晶体管Q2流向第二下负载晶体管Q6。
由于电流开始流经输入电阻R0，在输入电阻R0上发生电压降。当输入电压V1被输入电压在R0上的电压降减小时，预定的电压小于输入电压V1，该减小后的输入电压提供给功率放大器460，从而对功率放大器460的输出波形V0进行削波。基于功率放大器460的工作，输出波形V0得以平滑输出，其电压比对输出波形V0进行削波时的电压要低预定的程度。这些在图5中以(i)表示。
更具体讲，第一微分放大装置420的第二下微分晶体管Q2的输入电压V1开始进入活动区域输入电压V1的值大约为“第一分压VP1-8*VT”，其中VT是第一到第四下微分晶体管Q1到Q4的阈值。这是因为第一微分放大装置420有2对图4中所示的本发明的典型实施例中的第一到第四下微分放大装置Q1到Q4的结构。这里及以后用到的参数符号(*)代表基本的算术相乘。并且，以后第二下微分放大装置Q2开始进入活动区域的电平值被称为第一削波电压VCP1。
第一削波电压VCP1大约为8*VT，小于功率放大器460的输出波形V0开始削波时的输入电平V1。因此，V1与本发明的实施例中的第一分压VP1的电平值相等。这意味着提供给功率放大器460的输入电压V1的电平值自第一削波电压VCP1减小，而且从输出的角度来讲，输出波形V0平滑输出，其电压大约为8*VT*AV，比输入波形V0被削波的电压值要小。
在图5的实施例中，在第一微分放大装置420的第一和第三下微分放大装置Q1和Q3之间，以及在第二和第四下微分放大装置Q2和Q4之间，应该放置更多的电阻设备。这里的电阻设备可以是普通电阻也可以是二极管。通过增加更多的电阻或二极管，输出波形V0可以控制得更加线性。
如果输入电压V1变为高于第一分压VP1，第一微分放大装置420的第二下微分晶体管Q2的电流值增大，并提供给第二下负载晶体管Q6。由于第一下负载晶体管Q5与第二下负载晶体管Q6是电流镜像关系，第一下负载晶体管Q5的电流增大，并且生成了第二输出信号OUTS2，它是电流信号，提供给第二下控制晶体管Q16。因此，第二负载控制晶体管Q16接通。
第二负载控制晶体管Q16的发射极电流及第一负载控制晶体管Q14的集电极电流相加，流经输入电阻R0。另外，尽管第一下控制晶体管Q14的电流等于[第四下微分晶体管Q4的电流*第二下负载晶体管Q6和第一下控制晶体管Q14的电流反射镜率]，第二下控制晶体管Q16的电流约等于[(第四下微分晶体管Q4的集电极电流-第三下微分晶体管Q3的集电极电流)*第二下控制晶体管Q16的电流增益值]。因此，当输入电压V1大于第一分压VP1时，流经输入电阻R0的电流比输入电压V1介于第一削波电压VCP1和第一分压VP1之间时大。
这就意味着尽管理论上输入电压V1变得比第一分压VP1大，但输入到电源放大器460的输入电压V1比第一分压VP1仅仅大一个很小的值。因为输入电压V1不超过以上值，此电压下输出波形V0被削波，即，第一分压VP1超过原始信号加一个很小的值，电源放大器460的输出波形V0被几乎水平削波。如图5(ii)中所示。
当输入电压V1接近第二分压VP2时，第二微分放大装置430和第二输出电压控制装置450的工作与输入电压V1接近第一分压VP1时第一微分放大装置420和第一输出电压控制装置440的工作相同，不同的是其电流相反。因此，不再重复描述。
功率放大器削波电路400的工作将根据输入电压V1的值分成三部分进行描述。首先，在正常工作期间，输入电压V1大于“第二分压VP1+8*VT”，并小于“第一分压VP1-8*VT”，并且没有电流流经输入电阻R0。因此，提供给功率放大器460的输入电压V1没有改变。
第二，在输入波形V0被平滑削波期间，输入电压V1大于第二分压VP2并小于“第二分压VP2+8*VT”，或者，输入电压V1大于“第一分压VP1-8*VT”，并且小于第一分压VP1。流经输入电阻R0的电流是第一上控制晶体管Q9或第一下控制晶体管Q14的集电极电流。因此，提供给功率放大器460的输入电压V1是“输入电压V1-(第一上控制晶体管Q9或第一下控制晶体管Q14)*输入电阻R0”。
第三，在输出波形V0被完全削波期间，输入电压V1大于第一分压VP1或小于第二分压VP2。流经输入电阻R0的电流等于“第一下控制晶体管Q14+第二下控制晶体管Q16的电流”或者“第一上控制晶体管Q9+第一上控制晶体管Q15的电流”。因此，提供给功率放大器460的输入电压V1等于“输入电压V1-(第一下控制晶体管Q14的电流+第二下控制晶体管Q16的电流，或者，第一上控制晶体管Q9的电流+第一上控制晶体管Q15的电流)*输入电阻R0”。
按照本发明的功率放大器削波电路400，甚至当削波开始时，功率放大器460的反馈环也没有断并且处于正常状态，因而没有由于引入表示扬声器的电感L的负载而产生高频噪声。而且，因为没有使用电容，因而没有电容的放电，使得输出波形V0小于有电容时的输出波形。
在先前技术中的功率放大器削波电路200中，输出波形V0仅有正常的工作间隔和完全的削波间隔，因此可能在正常工作期间和完全削波期间的边界处输出波形V0发生突然变化，从而产生噪声。然而，在本发明中，这样的噪声不可能产生。
通过对第一微分放大装置420或第二微分放大装置430中增加二极管或发射极电阻，可以改变电路的结构，因此第一或第二削波电压值VCP1或VCP2也可以改变。
如以上描述，按照本发明的功率放大器削波电路防止了由于加入过大的输入电压而使输出波形发生削波时产生输出波形的突然变化，而且使得施加放大的输入电压之后发生的输出波形与原始波形相同。
到此为止，最佳的实施例在附图和说明书中描述，尽管这里使用了具体的术语，它们仅仅是为了通过示例来解释本发明。因此，本发明并不局限于以上描述的实施例，在本发明的精神和范围内可以做各种变化。相应地，本发明的范围并不由所说明的内容来限定，而是由权利要求书的内容限定。

Claims (20)

1、一种功率放大器削波电路，包括：
输入电平分压装置，用于生成第一分压和第二分压，该第一分压和第二分压用于划分输入电压所属的电平的间隔；
第一偏置晶体管和第二偏置晶体管，它们连接到正的内部电源电压，第一和第二偏置晶体管形成电流反射镜，并且将偏置电压提供给预定的第一微分放大装置；
第三偏置晶体管，它连接到第一偏置晶体管并且将偏置电压提供给第一微分放大装置；
第一恒流源，它连接到第三偏置晶体管和负的内部电源电压，并且控制第三偏置晶体管；
所述第一微分放大装置，它接收第一分压和输入电压，并且，如果输入电压的电平介于第一分压和预定的第一削波电压之间，则生成第一输出信号，而如果输入电压的电平超过第一分压，则生成第二输出信号；
第四偏置晶体管和第五偏置晶体管，它们连接到负的内部电源电压，该第四偏置晶体管和第五偏置晶体管形成电流反射镜，并且将偏置电压提供给预定的第二微分放大装置；
第六偏置晶体管，它连接到第四偏置晶体管并且将偏置电压提供给第二微分放大装置；
第二恒流源，它连接到第六偏置晶体管和正的内部电源电压，并且控制第六偏置晶体管；
第二微分放大装置，它接收第二分压和输入电压，并且，如果输入电压的电平介于预定的第二削波电压和第二分压之间，则产生第三输出信号，而如果输入电压的电平超过第二分压，则产生第四输出信号；
第一输出电压控制装置，它连接于负的内部电源电压和一个输出节点之间，其中串接到输入电压的输入电阻连接到功率放大器，并且，响应第一和第二输出信号，降低输入电压的电平，并且将输入电压提供给功率放大器；及
第二输出电压控制装置，它连接于正的内部电源电压和输出节点之间，响应于第三和第四输出信号，提高输入电压的电平，并且将输入电压提供给功率放大器。
2、按照权利要求1所述的功率放大器削波电路，其中，所述的输入电平分压装置包括：
第一分压电阻，其一端连接到正的外部电源电压，而另一端连接到生成第一分压的第一节点；
第二分压电阻，其一端连接到第一节点，而另一端连接到地；
第三分压电阻，其一端连接到地，而另一端连接到第二节点并且生成第二分压；
第四分压电阻，其一端连接到第二节点，而另一端连接到负的外部电源电压。
3、按照权利要求2所述的功率放大器削波电路，其中，所述的第二分压电阻和第三分压电阻具有相同的阻值，而第一分压电阻和第四分压电阻具相同的阻值。
4、按照权利要求2所述的功率放大器削波电路，其中，所述的功率放大器的增益是通过将第一分压电阻的阻值与第二分压电阻的阻值之和除以第二分压电阻的阻值而得到的。
5、按照权利要求1所述的功率放大器削波电路，其中，所述的第一微分放大装置包括：
第一下微分晶体管，其集电极连接到第二偏置晶体管的集电极和基极，所述第一分压提供给其基极；
第二下微分晶体管，其集电极连接到第二偏置晶体管的集电极和基极，所述输入电压提供给其基极；
第三下微分晶体管，其发射极连接到第一下微分晶体管的发射极，其基极连接到第三偏置微分晶体管的基极，其集电极产生所述第二输出信号；
第四下微分晶体管，其发射极连接到第二下微分晶体管的发射极，其基极连接到第三偏置晶体管的基极；及
第一有源负载装置，它连接于第三和第四下微分晶体管的发射极与负的内部电源电压之间，并且生成第一输出信号。
6、按照权利要求5所述的功率放大器削波电路，其中，所述的第一有源负载装置包括：
第一下负载晶体管，其集电极连接到第三下微分晶体管的集电极，其发射极连接到负的内部电源电压；及
第二下负载晶体管，其集电极连接到第四下微分晶体管的集电极，其基极和集电极共同连接到第一下负载晶体管的基极，其发射极连接到负的电源电压，其中第一输出信号从第一和第二下负载晶体管的基极输出。
7、按照权利要求5所述的功率放大器削波电路，还包括：
位于第一和第三下微分晶体管之间以及第二和第四下微分晶体管之间的多个电阻设备。
8、按照权利要求1所述的功率放大器削波电路，其中，所述的第一削波电压小于当功率放大器的输出波形开始被削波时的输入电压，其小于量2n倍于下微分晶体管的阈值电压，其中n代表下微分晶体管的数量。
9、按照权利要求8所述的功率放大器削波电路，其中，所述的输入电压在功率放大器的输出波形开始被削波时与第一分压具有相同的电平。
10、按照权利要求1所述的功率放大器削波电路，其中，所述的第二微分放大装置包括：
第一上微分晶体管，其集电极连接到第五偏置晶体管的集电极和基极，所述第二分压提供给其基极；
第二上微分晶体管，其集电极连接到第五偏置晶体管的集电极和基极，所述输入电压提供给其基极；
第三上微分晶体管，其发射极连接到第一上微分晶体管的发射极，其基极连接到第六偏置晶体管的基极，其集电极生成所述第四输出信号；
第四上微分晶体管，其发射极连接到第二上微分晶体管的发射极，其基极连接到第六偏置晶体管的基极；及
第二有源负载装置，它连接于第三和第四上微分晶体管的集电极与正的内部电源电压之间，并且生成所述第三输出信号。
11、按照权利要求10所述的功率放大器削波电路，其中，所述的第二有源负载装置包括：
第一上负载晶体管，其集电极连接到第三上微分晶体管的集电极，其发射极连接到正的内部电源电压的发射极；及
第二上负载晶体管，其集电极连接到第四上微分晶体管的集电极，其基极和集电极共同连接到第一上负载晶体管的基极，其发射极连接到正的内部电源电压，其中第三输出信号从第一和第二上负载晶体管的基极输出。
12、按照权利要求10所述的功率放大器削波电路，还包括：
位于第一和第三上微分晶体管之间以及第二和第四上微分晶体管之间的多个电阻设备。
13、按照权利要求1所述的功率放大器削波电路，其中所述的第二削波电压大于当功率放大器的输出波形开始被削波时的输入电压，其大于量2m倍于上微分晶体管的阈值电压，其中m表示上微分晶体管的数量。
14、按照权利要求13所述的功率放大器削波电路，其中，所述的输入电压在功率放大器的输出波形开始被削波时具有与第二分压相同的电平。
15、按照权利要求1所述的功率放大器削波电路，其中，所述的第一输出电压控制装置包括：
第一下控制晶体管，其发射极连接到负的内部电源电压，所述第一输出信号提供给其基极，其集电极连接到输出节点；及
第二下控制晶体管，其发射极连接到负的内部电源电压，所述第二输出信号提供给其基极，其集电极连接到所述输出节点。
16、按照权利要求1所述的功率放大器削波电路，其中，所述的第二输出电压控制装置包括：
第一上控制晶体管，其发射极连接到正的内部电源电压，所述第三输出信号提供给其基极，其集电极连接到所述输出节点；及
第二上控制晶体管，其发射极连接到正的内部电源电压，所述第四输出信号提供给其基极，其集电极连接到所述输出节点。
17、一种用于对功率放大器的输出进行削波的方法，该方法包括：
接收一个输入电压；
生成第一和第二分压，该第一和第二分压对输入电压的间隔进行分压；
比较输入电压与第一分压以及预定第一削波电压；
如果输入电压的电平介于第一分压和第一削波电压之间，则生成第一输出信号；
如果输入电压的电平超过第一分压，则生成第二输出信号；
比较输入电压与第二分压以及预定的第二削波电压；
如果输入电压的电平介于第二削波电压和第二分压之间，则生成第三输出信号；
如果输入电压的电平超过第二分压，则生成第四输出信号；
响应于第一和第二输出信号，向下调整输入电压的电平；
响应于第三和第四输出信号，向上调整输入电压的电平；及
将调整后的输入电压提供给功率放大器。
18、按照权利要求17中定义的方法，其中至少存在下列情况之一：
削波开始时输入电压具有与第一分压相同的电平；
削波开始时第一削波电压是小于输入电压的预定量；以及
削波开始时第二削波电压是大于输入电压预定量。
19、一种用于功率放大器的削波电路，该削波电路包括：
接收器装置，用于接收一个输入电压；
分压器装置，用于生成第一和第二分压，该第一和第二分压对输入电压的间隔进行分压；
第一比较器装置，用于比较输入电压与第一分压及预定的第一削波电压；
第一生成器装置，如果输入电压的电平介于第一分压和第一削波电压之间，则生成第一输出信号；
第二生成器装置，如果输入电压的电平超过第一分压，则生成第二输出信号；
第二比较器装置，用于比较输入电压与第二分压以及预定的第二削波电压；
第三生成器装置，如果输入电压的电平介于第二削波电压和第二分压之间，则生成第三输出信号；
第四生成器装置，如果输入电压超过第二分压，则生成第四输出信号；
第一调整器装置，用于响应于第一和第二输出信号，向下调整输入电压的电平；
第二调整器装置，用于响应于第三和第四输出信号，向上调整输入电压的电平；及
供给器装置，用于将调整后的输入电压提供给功率放大器。
20、按照权利要求19中定义的削波电路，还包括下列装置中的至少一个：
第一分配装置，用于在削波开始时，分配基本上与输入电压电平相等的第一分压；
第二分配装置，用于在削波开始时，分配第一削波电压作为小于输入电压的预定值；及
第三分配装置，用于在削波开始时，分配第二削波电压作为大于输入电压的预定值。
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