CN102412799A - 音频放大器匹配声音负载的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种音频放大器匹配声音负载的方法及装置，音频放大器匹配声音负载的方法包括以下步骤：步骤一：根据声音负载的阻抗值及音频放大器的输出电功率，确定音频放大器输出声音信号的信号值；步骤二：根据音频放大器输出声音信号的信号值，确定音频放大器的总增益值；步骤三：根据音频放大器的总增益值，确定音频放大器中间运算级电路的增益值；步骤四：通过寄存器调节音频放大器中间运算级电路的增益值，使音频放大器中间运算级电路的增益值与声音负载的阻抗值相匹配。本发明不仅解决了音频放大器与声音负载的匹配问题，而且还保证了经声音负载放大后的声音信号的质量及效果。

Description

音频放大器匹配声音负载的方法及装置

技术领域

本发明涉及音频放大器技术领域，尤其涉及一种音频放大器匹配声音负载的方法及装置。

背景技术

为实现最大化的专业分工以提高生产效率，进而降低产品的生产成本，目前消费类电子产品的模块化、组件化生产及销售已成现实，例如电视机的声音模块-音频放大器。而电视机的音频放大器要求尽可能地与其声音负载相兼容及匹配，即要求电视机的音频放大器与其声音负载-扬声器或耳机等电声转换设备相兼容及匹配，然而决定电视机音频放大器与扬声器或耳机等电声转换设备的匹配性能的关键参数是扬声器或耳机等电声转换设备的阻抗值，而扬声器或耳机等电声转换设备阻抗值与其设计电功率、其本身的外形尺寸的大小及电视机音频放大器的供电电源有关，因此很难将扬声器或耳机等电声转换设备等声音负载的阻抗值统一为同一种规格的阻抗值，对于多种阻抗值的声音负载，设计电视机的音频放大器时必须考虑该音频放大器如何兼容及匹配其声音负载的问题。

专利CN 102165690A共开了一种具有负载匹配的音频放大器以及用于音频放大器的负载匹配的方法，该专利所提出的方法是通过限幅器产生的中间信号去匹配声音负载，在其公开的实施例中给出了限幅装配的电路结构示意图，然而该专利所提出的音频放大器匹配声音负载的方法存在明显的缺陷，即该方法在对声音信号进行限幅的同时，也限制了声音信号的动态范围，导致当声音负载-扬声器的阻抗值越小时，扬声器所输出声音信号的动态范围越小，其音质单薄而不够丰满，从而使得该声音信号的音质效果越差，导致了扬声器所输出声音信号的失真。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种即能匹配声音负载又能保证声音放大质量及效果的音频放大器匹配声音负载的方法及装置。

为了达到上述目的，本发明提出一种音频放大器匹配声音负载的方法，包括以下步骤：

步骤一：根据声音负载的阻抗值及音频放大器的输出电功率，确定音频放大器输出声音信号的信号值；

步骤二：根据音频放大器输出声音信号的信号值，确定音频放大器的总增益值；

步骤三：根据音频放大器的总增益值，确定音频放大器中间运算级电路的增益值；

步骤四：通过寄存器调节音频放大器中间运算级电路的增益值，使音频放大器中间运算级电路的增益值与声音负载的阻抗值相匹配。

优选地，所述步骤一中音频放大器输出声音信号的信号值与声音负载的阻抗值及音频放大器的输出电功率的关系式为：

$V=\sqrt{P\·R},$ 其中：

V为音频放大器输出声音信号的信号值；

R为声音负载的阻抗值；

P为音频放大器的输出电功率。

优选地，所述步骤二中音频放大器的总增益值与音频放大器输出声音信号的信号值的关系式为：

Vo＝G*Vi，其中：

Vo为音频放大器输出声音信号的信号值；

G为音频放大器的总增益值；

Vi为音频放大器输入声音信号的信号值。

优选地，所述步骤三中音频放大器中间运算级电路的增益值与音频放大器的总增益值的关系式为：

G2＝G-G3-G1，其中：

G2为音频放大器中间运算级电路的增益值；

G为音频放大器的总增益值；

G1为音频放大器声音输入级电路的增益值；

G3为音频放大器放大输出级电路的增益值。

优选地，所述步骤四具体为：

寄存器通过反馈控制电路调节音频放大器中间运算级电路的增益值；

寄存器通过可调稳压电路及参考电压器调节音频放大器中间声音信号的最大值。

本发明还提出一种音频放大器匹配声音负载的装置，包括音频放大器及声音负载，所述音频放大器包括控制器、声音输入级电路、中间运算级电路及放大输出级电路，所述中间运算级电路包括寄存器、反馈控制电路、可调稳压电路、参考电压器及可调增益放大器，所述寄存器通过反馈控制电路调节所述中间运算级电路的增益值，以及通过所述可调稳压电路及参考电压器调节音频放大器中间声音信号的最大值，所述可调增益放大器对音频放大器中间声音信号进行放大处理。

优选地，所述可调增益放大器的工作电压输入端与所述可调稳压电路的输出端连接，所述可调增益放大器的正极输入端与所述声音输入级电路的输出端连接，所述可调增益放大器的负极输入端经所述参考电压器与地连接，所述寄存器分别与所述控制器、反馈控制电路及可调稳压电路连接。

优选地，所述声音输入级电路、控制器及寄存器为SOC片上系统。

优选地，所述可调稳压电路包括线性稳压器、低压差线性稳压器或超低压差线性稳压器中的任一种稳压器。

本发明提出的音频放大器匹配声音负载的方法及装置，当声音负载的阻抗值改变时，仅通过寄存器重新调节音频放大器中间运算级电路的增益值，即重新确定音频放大器中间声音信号的最大值，而未直接对音频放大器输入声音信号进行限幅或压缩来实现音频放大器与声音负载的匹配，因此本发明不仅解决了音频放大器与声音负载的匹配问题，而且还保证了经声音负载放大后的声音信号的质量及效果。

附图说明

图1是本发明音频放大器匹配声音负载的方法较佳实施例的流程示意图；

图2是本发明音频放大器匹配声音负载的装置中音频放大器较佳实施例的电路原理框图；

图3是本发明音频放大器匹配声音负载的装置中可调稳压电路第一实施例的电路结构示意图；

图4是本发明音频放大器匹配声音负载的装置中可调稳压电路第二实施例的电路结构示意图；

图5是本发明音频放大器匹配声音负载的装置中反馈控制电路第一实施例的电路结构示意图；

图6是本发明音频放大器匹配声音负载的装置中反馈控制电路第二实施例的电路结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

本发明音频放大器匹配声音负载的方法是通过寄存器调节音频放大器中间运算级电路的增益值和音频放大器中间声音信号的最大值来解决音频放大器与声音负载的匹配问题，以保证音频放大器输入声音信号的动态范围不受影响，从而保证经声音负载放大后的声音信号的质量及效果。

参照图1，图1是本发明音频放大器匹配声音负载的方法较佳实施例的流程示意图，本发明音频放大器匹配声音负载的方法包括以下步骤：

步骤S101、根据声音负载的阻抗值及音频放大器的输出电功率，确定音频放大器输出声音信号的信号值；

其中，音频放大器输出声音信号的信号值与声音负载的阻抗值及音频放大器的输出电功率的关系式为：

$V=\sqrt{P\·R},$ 其中：

V为音频放大器输出声音信号的信号值；

R为声音负载的阻抗值；

P为音频放大器的输出电功率。

步骤S102、根据音频放大器输出声音信号的信号值，确定音频放大器的总增益值；

其中，音频放大器的总增益值与音频放大器输出声音信号的信号值的关系式为：

Vo＝G*Vi，其中：

Vo为音频放大器输出声音信号的信号值；

G为音频放大器的总增益值；

Vi为音频放大器输入声音信号的信号值。

步骤S103、根据音频放大器的总增益值，确定音频放大器中间运算级电路的增益值；

其中，音频放大器中间运算级电路的增益值与音频放大器的总增益值的关系式为：

G2＝G-G3-G1，其中：

G2为音频放大器中间运算级电路的增益值；

G为音频放大器的总增益值；

G1为音频放大器声音输入级电路的增益值；

G3为音频放大器放大输出级电路的增益值。

步骤S104、通过寄存器调节音频放大器中间运算级电路的增益值，使音频放大器中间运算级电路的增益值与声音负载的阻抗值相匹配。

其中，步骤四具体为：寄存器通过反馈控制电路调节音频放大器中间运算级电路的增益值；

寄存器通过可调稳压电路及参考电压器调节音频放大器中间声音信号的最大值。

即通过寄存器发送控制信号给音频放大器中间运算级电路中的反馈控制电路，控制反馈控制电路中相应电子开关的断开或关闭，调节音频放大器中间运算级电路的增益值，以及通过寄存器发送控制信号给音频放大器中间运算级电路中的可调稳压电路，调节可调稳压电路的输出电压值，可调稳压电路的输出电压值配合音频放大器中间运算级电路中参考电压器的电压值，调节音频放大器中间声音信号的最大值。

当音频放大器要匹配阻抗值为16欧姆的声音负载且保证音频放大器输出8W的电功率时，如果声音负载的阻抗值变成4欧姆，则音频放大器输出的电功率要翻两倍，即其输出电功率为32W，若仍要保证音频放大器输出8W的电功率，则在音频放大器的总增益值不变的情况下，音频放大器放大输出级电路输出声音信号大小必须降低6dB，这必然导致输出声音信号的动态范围缩小6dB，若换算音频放大器声音输入级电路的输入声音信号，则匹配阻抗值为16欧姆的声音负载且保证音频放大器输出8W的电功率时，其正常的输入声音信号的范围是0～2V，如果要匹配阻抗值为4欧姆的声音负载且保证音频放大器输出8W的电功率时，则其输入声音信号的范围变为0～1V，超出1V的输入声音信号被限幅或压缩了，若要保证输入声音信号的动态范围，则必须降低音频放大器的总增益，如把音频放大器中间运算级电路的增益降低6dB，则既能保证音频放大器输出的电功率不变，又能保证输入声音信号的动态范围不受影响。

即本发明音频放大器匹配声音负载的方法是当声音负载的阻抗值改变时，仅需通过寄存器重新调节音频放大器中间运算级电路的增益值G2，即重新确定音频放大器中间声音信号的最大值来实现音频放大器与声音负载的匹配。由于本发明实施例是通过调节音频放大器中间运算级电路的增益值来实现音频放大器与声音的匹配问题，而未直接对输入声音信号进行限幅或压缩，因此本发明保证了音频放大器输入声音信号的动态范围不受影响，从而保证了经声音负载放大后的声音信号的质量及效果。

本发明音频放大器匹配声音负载的方法的另一实施例是在音频放大器中间运算级电路的增益值G2确定的前提下，通过调节音频放大器声音输入级电路的增益值G1，以使音频放大器中间运算级电路输出中间声音信号获得最大的不失真的声音信号，对于声音负载的阻抗值较大时，该方法更有利于提高音频放大器的信噪比。

参照图2，图2是本发明音频放大器匹配声音负载的装置中音频放大器较佳实施例的电路原理框图，包括供电电源VDD、声音输入级电路1、可调稳压电路2、可调增益放大器3、参考电压器4、放大输出级电路5、用于对声音信号进行放大的声音负载6、反馈控制电路7、寄存器8及控制器9，其中可调稳压电路2、可调增益放大器3、参考电压器4、反馈控制电路7及寄存器8组成音频放大器的中间运算级电路10，声音输入级电路1经中间运算级电路10与放大输出级电路5连接，放大输出级电路5与声音负载6连接。其中，声音输入级电路1、控制器9及寄存器8为SOC片上系统。

其中，寄存器8通过反馈控制电路7调节中间运算级电路10的增益值，以及通过可调稳压电路2及参考电压器4调节音频放大器中间声音信号的最大值，而可调增益放大器3对音频放大器中间声音信号进行放大处理。

具体的，寄存器8用于发送控制信号给反馈控制电路7及可调稳压电路2，调节音频放大器中间运算级电路10中可调增益放大器3的增益值及音频放大器中间运算级电路10输出中间声音信号的最大值；

反馈控制电路7用于配合寄存器8对音频放大器中间运算级电路10中可调增益放大器3的增益值进行调节；

可调稳压电路2及参考电压器4用于配合寄存器8对音频放大器中间运算级电路10输出中间声音信号的最大值进行调节。

其中，可调增益放大器3的工作电压输入端与可调稳压电路2的电压输出端连接，可调增益放大器的正极输入端与声音输入级电路1的输出端连接，可调增益放大器3的负极输入端经参考电压器4与地连接，控制器9与寄存器8及声音负载6连接，使得寄存器8和声音负载6一起受制于控制器9，寄存器8还分别与声音输入级电路1、可调稳压电路2及反馈控制电路7连接。

由于经音频放大器中间运算级电路10输出的中间声音信号和声音负载6存在一定的关系，即音频放大器中间运算级电路10输出的中间声音信号的信号值必须和声音负载6的阻抗值相对应，或经放大输出级电路5输出的声音信号的信号值不超过声音负载6的参数极限，并且要与声音负载6的阻抗值存在相互匹配的关系，以获得音频放大器所预期的输出电功率。当音频放大器预期的输出电功率为一定值时，则音频放大器的总增益值为一定值，如果该音频放大器所匹配的声音负载6的阻抗值比较大，则通过寄存器8设置音频放大器中间运算级电路10的增益值相应大些，反之，则通过寄存器8设置音频放大器中间运算级电路10的增益值相应小些。并且，在保证声音输入级电路1的输入声音信号不被压缩或限幅的前提下，应把声音输入级电路1的增益值设置为尽可能大，以提高音频放大器的总信噪比。

本发明较佳实施例中的声音输入级电路1可由一可调的放大器实现，而对于电视机而言，声音输入级电路1可由软件/编程的方法控制，如常见的音量大小控制，而可调增益放大器3可由晶体管、金属氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)等分离元件构成。

参照图3，图3是本发明音频放大器匹配声音负载的装置中可调稳压电路第一实施例的电路结构示意图，包括可调稳压器21、第一可变电阻R1、第二可变电阻R2及第一电容C1。

具体的，可调稳压器21的电压输入端与供电电源VDD连接，可调稳压器21的调整端ADJ经第一可变电阻R1与地连接、经第二可变电阻R2与可调稳压器21的电压输出端连接、经第一电容C1与地连接，可调稳压器21的电压输出端的输出电压VCC与图2中的可调增益放大器3的工作电压输入端连接，第一可变电阻R1及第二可变电阻R2的阻值由寄存器8控制。

通过改变可调稳压器21调整端ADJ的电压值，便可把供电电源VDD转成连续的、稳定的、高质量的电压VCC，其中第一电容C1用于提高电压VCC的抑制比指标。通过寄存器8来调节第一可变电阻R1及第二可变电阻R2的阻值，即本发明是采用软件或编程的方式来调节可调稳压器21的输出电压VCC的值。其中可调稳压器21可采用线性稳压器、低压差线性稳压器LDO(Low Dropout Regulator)或超低压差线性稳压器中的任一种。

参照图4，图4是本发明音频放大器匹配声音负载的装置中可调稳压电路第二实施例的电路结构示意图，包括第一电阻R3、第二电阻R4、第三电阻R5、第一稳压管VD1、第二稳压管VD2、第三稳压管VD3、第二电容C2、第一电子开关K1、及第二电子开关K2.

具体的，第一稳压管VD1的阴极经第一电阻R3与供电电源VDD连接，第一稳压管VD1的阳极与第二稳压管VD2的阴极连接，第二稳压管VD2的阳极与第三稳压管VD3的阴极连接，第三稳压管VD3的阳极与地连接，第三稳压管VD3的阳极还经第二电容C2与第二稳压管VD2的阴极连接，第二电阻R4的一端经第一电子开关K1与第一稳压管VD1的阴极连接，第二电阻R4的另一端连接于第一稳压管VD1和第二稳压管VD2之间，第三电阻R5的一端经第二电子开关K2连接于第一稳压管VD1和第二稳压管VD2之间，第三电阻R5的另一端连接于第二稳压管VD2和第三稳压管VD3之间，图2中的可调增益放大器3的工作电压输入端连接于第一稳压管VD1和第二稳压管VD2之间。

其中，第一电子开关K1及第二电子开关K2的断开或关闭由寄存器8控制，即通过寄存器8可以调节该可调稳压电路2的输出电压VCC的值。

参照图5，图5是本发明音频放大器匹配声音负载的装置中反馈控制电路第一实施例的电路结构示意图，包括第四电阻R6、第五电阻R7、第六电阻R8、第七电阻R9、第三电子开关K3及第四电子开关K4.

具体的，第四电阻R6的一端经第三电子开关K3与图2中的声音输入级电路1的输出端连接，第四电阻R6的另一端与可调增益放大器3的负极输入端连接，第五电阻R7连接于图2中的声音输入级电路1的输出端和可调增益放大器3的负极输入端之间，可调增益放大器3的正极输入端与地连接，第六电阻R8的一端经第四电子开关K4与可调增益放大器3的负极输入端连接，第六电阻R8的另一端与可调增益放大器3的输出端连接，第七电阻R9连接于可调增益放大器3的负极输入端和可调增益放大器3的输出端之间。

其中，第三电子开关K3及第四电子开关K4的断开或关闭由寄存器8控制，即通过寄存器8控制第三电子开关K3及第四电子开关K4的断开或关闭来调节中间运算级电路的增益值，即调节可调增益放大器的增益值。

参照图6，图6是本发明音频放大器匹配声音负载的装置中反馈控制电路第二实施例的电路结构示意图，包括第八电阻R10、第九电阻R11、第十电阻R12、第十一电阻R13、第五电子开关K5及第六电子开关K6。

具体的，第八电阻R10的一端经第五电子开关K5与地连接，第八电阻R10的另一端与可调增益放大器3的负极输入端连接，第九电阻R11连接于可调增益放大器3的负极输入端和地之间，可调增益放大器3的正极输入端与图2中的声音输入级电路1的输出端连接，第十电阻R12的一端经第六电子开关K6与可调增益放大器3的负极输入端连接，第十电阻R12的另一端与可调增益放大器3的输出端连接，第十一电阻R13连接于可调增益放大器3的负极输入端和可调增益放大器3的输出端之间。

其中，第五电子开关K5及第六电子开关K6的断开或关闭由寄存器8控制，即通过寄存器8控制第五电子开关K5及第六电子开关K6的断开或关闭来调节中间运算级电路的增益值。

本发明的有益效果是：由于本发明是通过寄存器调节音频放大器中间运算级电路的增益值，即重新确定音频放大器中间声音信号的最大值，而未直接对音频放大器输入声音信号进行限幅或压缩来实现音频放大器与声音负载的匹配，从而使得本发明不仅解决了音频放大器与声音负载的匹配问题，而且还保证了经声音负载放大后的声音信号的质量及效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种音频放大器匹配声音负载的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据声音负载的阻抗值及音频放大器的输出电功率，确定音频放大器输出声音信号的信号值；

步骤二：根据音频放大器输出声音信号的信号值，确定音频放大器的总增益值；

步骤三：根据音频放大器的总增益值，确定音频放大器中间运算级电路的增益值；

步骤四：通过寄存器调节音频放大器中间运算级电路的增益值，使音频放大器中间运算级电路的增益值与声音负载的阻抗值相匹配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中音频放大器输出声音信号的信号值与声音负载的阻抗值及音频放大器的输出电功率的关系式为：

$V=\sqrt{P\·R},$ 其中：

V为音频放大器输出声音信号的信号值；

R为声音负载的阻抗值；

P为音频放大器的输出电功率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中音频放大器的总增益值与音频放大器输出声音信号的信号值的关系式为：

Vo＝G*Vi，其中：

Vo为音频放大器输出声音信号的信号值；

G为音频放大器的总增益值；

Vi为音频放大器输入声音信号的信号值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中音频放大器中间运算级电路的增益值与音频放大器的总增益值的关系式为：

G2＝G-G3-G1，其中：

G2为音频放大器中间运算级电路的增益值；

G为音频放大器的总增益值；

G1为音频放大器声音输入级电路的增益值；

G3为音频放大器放大输出级电路的增益值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四具体为：

寄存器通过反馈控制电路调节音频放大器中间运算级电路的增益值；

寄存器通过可调稳压电路及参考电压器调节音频放大器中间声音信号的最大值。

6.一种音频放大器匹配声音负载的装置，包括音频放大器及声音负载，所述音频放大器包括控制器、声音输入级电路、中间运算级电路及放大输出级电路，其特征在于，所述中间运算级电路包括寄存器、反馈控制电路、可调稳压电路、参考电压器及可调增益放大器，所述寄存器通过反馈控制电路调节所述中间运算级电路的增益值，以及通过所述可调稳压电路及参考电压器调节音频放大器中间声音信号的最大值，所述可调增益放大器对音频放大器中间声音信号进行放大处理。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述可调增益放大器的工作电压输入端与所述可调稳压电路的输出端连接，所述可调增益放大器的正极输入端与所述声音输入级电路的输出端连接，所述可调增益放大器的负极输入端经所述参考电压器与地连接，所述寄存器分别与所述控制器、反馈控制电路及可调稳压电路连接。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述声音输入级电路、控制器及寄存器为SOC片上系统。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述可调稳压电路包括线性稳压器、低压差线性稳压器或超低压差线性稳压器中的任一种稳压器。

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