CN102906999B - A类推挽放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包含输入端(12)和输出端(14)的“推挽”放大器，该推挽放大器包含：主放大分支，其包括在两个电源电压(V+，V-)之间反向串联地连接的两个放大晶体管(18、20)，所述放大器的输出端(14)连接在两个晶体管(18、20)之间；控制电路(22、24)，其用于每个放大晶体管(18、20)，所述控制电路(22、24)连接到所述输入端(12)，以便每个放大晶体管(18、20)接收要放大的信号作为输入。所述主放大分支在每个晶体管(18、20)和所述输出端(14)之间包括具有非线性响应的单元(38、40)，并且包括用于在针对每个晶体管的所述控制电路(22、24)的输入端处引入非线性补偿信号的装置(30、32)，所述非线性补偿信号适于在所述具有非线性响应的单元(38、40)中带来最小电流的流动。

Description

A类推挽放大器
技术领域
本发明涉及一种推/挽类型的放大器，特别是一种包括输入端和输出端的A类音频放大器，该A类音频放大器包含：
主放大分支，其包括在两个电源电压之间反向串联的两个放大晶体管，放大器的输出端连接在两个晶体管之间；以及
用于各个放大晶体管的控制电路，该控制电路连接到输入端，使得每个放大晶体管接收要放大的信号作为输入。
背景技术
音频放大器分为几个种类，这几个种类对应于不同的放大模式，从而导致就功率和品质而言的不同性能。
A类放大器是使得由晶体管组成的有效放大元件恒定地导通，并且因此一直工作在线性模式下。因此，有可能获得输出信号的良好品质，但是输出功率受到限制。
相反，B类放大器包括仅有一半时间工作在线性模式下而在另一半时间期间基本被阻塞的放大元件。这些放大器遭受转换失真，这对于被放大的信号的品质不利。
还存在AB类放大器，其中，放大元件可以从导通状态切换到阻塞状态，因此放大器实质上低功率的A类和高功率的B类。在这种情形下，相对地降低放大器的功率，以便有较强的线性。
最后，已知有D类放大器，其中，晶体管工作在开/关模式下，并且由脉冲宽度调制进行控制，脉冲宽度依赖于要放大的信号。放大器的功率非常高，但是信号的品质通常较差。
发明内容
本发明的目标在于提出一种推/挽类式放大器，通过使用这种推/挽类型的放大器，可以获得高功率、品质良好的经放大信号以及能量的低静态耗散。
为此，本发明的目标是前面提到的一种推/挽式放大器，其特征在于，主放大分支在每个晶体管和输出端之间包括具有非线性响应的单元，并且包括在每个晶体管的控制电路的输入端处的用于非线性补偿信号的引入装置，非线性补偿信号能够在具有非线性响应的单元中施加最小电流的流动。
根据特定的实施例，放大器包括以下一个或多个以下特征：
-具有非线性响应的单元为二极管；
-具有非线性响应的单元为MOS类型的晶体管；
-用于引入非线性补偿信号的装置包括：
●第二非线性单元，其与非线性单元相同，第二非线性单元连接在非线性单元的相应端子和电流源之间，电流源在第二非线性单元中施加电流，
●电压测量分支，其连接到第二非线性单元的另一端子，电压测量分支连接到控制电路，以便提供非线性补偿信号；
-用于引入非线性补偿信号的装置包括：
●电压源，其一端子连接在每个晶体管和具有非线性响应的单元之间；以及
●电压测量分支，其将电压源的另一端子连接到针对晶体管的控制电路；
-放大器包括线性反馈回路，线性反馈回路将电流输出端连接到每个控制电路的输入端；
-电压测量分支和线性反馈回路一起连接在控制电路的输入端处；
-电压测量回路的电阻器的阻值至少比线性反馈回路的电阻器的阻值大一百倍；以及
-每个控制电路包括运算放大器，运算放大器的同相输入端连接到放大器的输入端，并且运算放大器的反相输入端连接到用于引入非线性补偿信号的装置。
附图说明
阅读以下参考附图作为实例给出的说明，将更好地理解本公开，其中
图1为根据本发明的推/挽式放大电路的示意图；以及
图2示出了图1的电路的不同点中的不同电流，并且示出了放大元件的非阻塞。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的推/挽式放大器10包括用于要放大的音频信号的输入端12，以及用于经放大的信号的输出端14。
这个输出端14与扬声器16相连，扬声器16形成放大器的负荷(用电阻器来表示)。放大器的输入端12能够接收控制电压，控制电压的参考电压为接地电压，并且控制电压源于图1中的发电机17所表示的放声系统。
由于这本身是已知的，推/挽放大器包括两个MOSFET类型的放大晶体管18、20，放大晶体管18、20沿着DC电压V+和V-的两根总线之间的主放大分支反向串联相连。每个晶体管18、20的漏极分别连接到电压V+和V-上，并且源极一起连接在放大器14的输出端处。
每个晶体管18、20的栅极连接到控制跟随器电路22、24的输出端上，每个控制跟随器电路22、24包括运算放大器26、28，同相输入端(non-invertinginput)直接连接到放大器的输入端12上。反馈回路30、32分别连接在放大器的输出端14和运算放大器26、28的反相输出端(invertingoutput)之间。这些回路分别包括相同阻值的电阻器34、36。电阻器选择为具有相对地较低的阻值，优选地，小于1兆欧，并且例如等于330欧。
进一步，根据本发明，主放大分支在放大器的输出端14处的每个晶体管18、20的源极之间包括非线性单元38、40以及装置42、44，该装置在非线性单元的端子处提供参考电压值，以用于引入非线性补偿信号，非线性补偿信号能够确保主放大分支的非线性单元38、40中的具有预定值的电流。
根据第一实施例，非线性单元38、40中每一个由二极管形成。二极管38的阳极连接到晶体管18的源极上，且二极管38的阴极连接到输出端14上。相反，二极管40的阳极连接到输出端14上，而二极管40的阴极连接到晶体管20的源极上。
用于引入补偿信号的装置42、44被集成到运算放大器26、28的反馈回路30、32中。
在所示的实施例中，装置42、44各包括二极管46、48，二极管46、48分别与二极管38、40相同，并且在与二极管38、40相同的安装条件和(特别是)热应力条件进行安装。二极管46、48沿着与相应的二极管38、40相同的方向连接到每个晶体管18、20的漏极上。其另一端连接到相反方向的电流源50、52上，从而通过相关联的二极管46、48施加低强度的恒定电流，优选地，小于100毫安，并且例如为10毫安。因此，二极管46的阳极连接到二极管38的阳极上，二极管46的阴极连接到电流源50上，而二极管48的阴极连接到二极管40的阴极上，二极管48的阳极连接到电流源52上。
耦合电阻器54、56分别将二极管46的阴极和二极管48的阳极连接到运算放大器26、28的反馈回路30、32上。这些电阻器能够向反馈回路30、32中注入二极管46、48的端子上的电压。
因此，电阻器54、56的另一端子被连接到运算放大器26、28的同相输入端上。
应当理解的是，在工作期间，形成非线性单元的二极管38、40的存在防止晶体管18、20中的强度为零，并且这与放大器的输出电流无关。实际上，当电流基本上流过其中一个晶体管时，由于反馈回路施加的对流动在主放大分支中的非线性单元中的电流上的控制，另一晶体管中流经的电流强度非零并且收敛于等于电流源50、52的电流值的电流值。
由电流源50、52施加的电流所流经的二极管46、48确保参考电压的角色，通过这个参考电压，有可能经反馈回路32、34通过补偿值而修正晶体管18、20的控制电路，从而保证主放大分支的二极管38、40中的最小电流的流动。
优选地，电阻器54、56很大，并且尤其至少大于电阻器34、36的值的一百倍。因此，电阻器54、56的值例如等于100千欧。
作为未示出的替换方案，用取代二极管46、48的位置放置的电压源极来代替二极管46、48和电流源50、52，二极管38、34以及电阻器54、56保持在原位。此时，流过晶体管18、20的电流收敛于零，但永远不到达零。
根据另一替换的实施例，保留电流源50、52，而用MOSFET晶体管来取代各二极管38、40、46、48，对于MOSFET晶体管，栅极被连接到漏极上。这样的晶体管则具有类似于二极管的非线性响应，由此确保了电路的操作类似于前述实施例中的。
在图2中，可以看出，对于曲线214上示出的在输出端处测量到的大体上正弦放大的信号，由曲线238和240示出的二极管38、40中流过的电流在由240A示出的信号的半个周期上具有基本正弦的形状，而在由240B示出的另外半个周期上具有在2毫安和15毫安之间的连续可微的部分，这个值永远不被取消，这保证了不致阻塞与二极管串联安装的晶体管。
因此，由曲线319和320示出的相同形状的电流流经晶体管18和20，从而有可能使得晶体管都永远不被阻塞。
这样的放大器由此能有显著的功率，同时保证输出信号的良好品质(任何晶体管都不被阻塞)以及较低的静态能耗。
应当理解的是，通过借助于参考二极管46、48(所施加的电流经流过参考二极管46、48)，有可能设定流经二极管38、40的电流，并且因此有可能设定流往晶体管18和20的电流，而不需知道所使用的二极管的温度依赖曲线。
这种放大器特别适用于高保真度，但也适用于需要较强的线性的任何类型的放大器，例如无线放大器、医疗成像放大器或漏极放大器。

Claims (12)

1.一种推挽式放大器，包含输入端(12)和输出端(14)，该推挽式放大器包括：
主放大分支，其包括在两个电源电压(V+和V-)之间反向串联地安装的两个放大晶体管(18、20)，所述放大器的所述输出端(14)连接在所述两个晶体管(18、20)之间；以及
各个放大晶体管(18、20)的控制电路(22、24)，所述控制电路(22、24)连接到所述输入端(12)，以便每个放大晶体管(18、20)接收要放大的信号作为输入，
其特征在于，所述主放大分支在每个晶体管(18、20)和所述输出端(14)之间包括具有非线性响应的单元(38、40)，并且包括用于在每个晶体管(18、20)的所述控制电路(22、24)的输入端处引入非线性补偿信号的装置(30、32)，所述非线性补偿信号能够在所述具有非线性响应的单元(38、40)中施加最小电流的流动；以及
所述用于引入非线性补偿信号的装置(30、32)包括：
第二非线性单元(46、48)，其与所述非线性单元(38、40)相同，所述第二非线性单元(46、48)连接在所述非线性单元(38、40)的相应端子和电流源(50、52)之间，所述电流源(50、52)在所述第二非线性单元(46、48)中施加电流；以及
电压测量分支(54、56)，其连接到所述第二非线性单元(46、48)的另一端子，所述电压测量分支(54、56)连接到所述控制电路(22、24)，以便提供所述非线性补偿信号。
2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述具有非线性响应的单元(38、40)为二极管。
3.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述具有非线性响应的单元(38、40)为MOS类型的晶体管。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的放大器，其特征在于，所述用于引入非线性补偿信号的装置包括：
电压源，其一端子连接在每个晶体管(18、20)和所述具有非线性响应的单元(38、40)之间；以及
电压测量分支(54、56)，其将所述电压源的另一端子连接到所述晶体管的所述控制电路(22、24)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的放大器，其特征在于，所述放大器包括线性反馈回路(34、36)，所述线性反馈回路(34、36)将所述电流输出端(14)连接到每个控制电路(22、24)的输入端。
6.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述放大器包括线性反馈回路(34、36)，所述线性反馈回路(34、36)将所述电流输出端(14)连接到每个控制电路(22、24)的输入端。
7.根据权利要求4所述的放大器，其特征在于，所述放大器包括线性反馈回路(34、36)，所述线性反馈回路(34、36)将所述电流输出端(14)连接到每个控制电路(22、24)的输入端。
8.根据权利要求6所述的放大器，其特征在于，所述电压测量分支(54、56)和所述线性反馈回路(34、36)一起连接在所述控制电路(22、24)的输入端处。
9.根据权利要求7所述的放大器，其特征在于，所述电压测量分支(54、56)和所述线性反馈回路(34、36)一起连接在所述控制电路(22、24)的输入端处。
10.根据权利要求8所述的放大器，其特征在于，所述电压测量回路的电阻器(54、56)的阻值至少比所述线性反馈回路的电阻器(34、36)的阻值大一百倍。
11.根据权利要求9所述的放大器，其特征在于，所述电压测量回路的电阻器(54、56)的阻值至少比所述线性反馈回路的电阻器(34、36)的阻值大一百倍。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的放大器，其特征在于，每个控制电路(22、24)包括运算放大器(26、28)，所述运算放大器(26、28)的同相输入端连接到所述放大器的所述输入端(12)，并且所述运算放大器(26、28)的反相输入端连接到所述用于引入非线性补偿信号的装置(30、32)。
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