CN103107785B - 一种乙甲类功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种乙甲类功率放大器，包括：信号耦合器、预设偏置调整电路、同步信号电流驱动电路和功率管，所述信号耦合器的输出端分别与功率管的第一输入端和同步信号电流驱动电路的第一输入端相连接,所述预设偏置调整电路的第一输出端与功率管的第一输入端连接，所述预设偏置调整电路的第二输出端与同步信号电流驱动电路的第二输入端相连接，所述同步信号电流驱动电路的输出端与功率管的第二输入端相连接。本发明可以通过将甲类静态工作时大部分电流回收，使得其输出功率大幅提高，整个动态线性范围完全跨越甲类的线性范围，在减少能耗的同时，达到高保真的效果，大幅提升用户的体验。本发明作为一种乙甲类功率放大器应用于音频放大电路中。

Description

一种乙甲类功率放大器
技术领域
本发明涉及一种功率放大器，尤其涉及一种乙甲类功率放大器。
背景技术
目前，公知的功率放大器的类型有甲类、乙类、丙类和丁类四大类。而按模拟音频功率放大器来分就只有甲类、乙类和甲乙类三种，但真正能达到高保真的音频功率放大器就只有甲类线性音频功率放大器，因为甲类放大器的工作状态是设置在放大器的线性区域的范围之内的，使得在音频信号放大的整个信号周期里都处于该甲类线性放大器的线性区域的范围内，不会出现饱和以及截至时的非线性失真，所以甲类线性放大器得到音响界的公认，深受音响发烧友的欢迎，但是甲类放大器的有效输出效率很低，只能达到百分之二十几到三十左右，其余百分之七八十都转换成热能损耗掉。而乙类功率放大器则需要由两个功率电子管分别进行正负两个半个周期的信号经过反相电路供给两个功率电子管的栅极作推挽放大后由屏极到输出变压器叠加而完成的，虽然效率可以达到百分之七八十，但是存在着非线性的交越失真、互调失真及线路复杂等缺点。而甲乙类放大器的效率及失真度介于甲类和乙类之间，但未能达到高保真的输出效果。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能提高输出功率，并且实现高保真的一种乙甲类功率放大器。
本发明所采用的技术方案是：
一种乙甲类功率放大器，包括：信号耦合器、预设偏置调整电路、同步信号电流驱动电路和功率管，所述信号耦合器的输出端分别与功率管的第一输入端和同步信号电流驱动电路的第一输入端相连接,所述预设偏置调整电路的第一输出端与功率管的第一输入端连接，所述预设偏置调整电路的第二输出端与同步信号电流驱动电路的第二输入端相连接，所述同步信号电流驱动电路的输出端与功率管的第二输入端相连接。
进一步作为优选的实施方式，所述的信号耦合器为第一电容，所述的预设偏置调整电路包括第一电阻、第二电容和第一电位器，所述的同步信号电流驱动电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第三电容、第四电容、第五电容、第二电位器、二极管和晶体管，所述第一电容与功率管的第一输入端相连接，所述第二电容与第一电位器并联后再与第一电阻串联接在功率管的第一输入端与地之间，所述第三电容依次与第二电阻、第三电阻和第四电容串联接在功率管的第一输入端与地之间，所述第二电位器并联在第四电容两端，所述晶体管的第一端连接在第二电阻和第三电阻之间，所述晶体管的第二端与功率管的第二输入端、二极管的负极端、第五电阻的第一端和第五电容的第一端相连接，所述晶体管的第三端连接第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端、二极管的正极端、第五电阻的第二端和第五电容的第二端与地相连接。
进一步作为优选的实施方式，所述的二极管为续流二极管。
进一步作为优选的实施方式，所述的第五电容为电解电容。
进一步作为优选的实施方式，所述的晶体管为场效应管或电子管或双极型晶体管或达林顿管。
进一步作为优选的实施方式，所述的功率管为电子管或双极型晶体管或场效应管或达林顿管。
本发明的有益效果是：
本发明一种乙甲类功率放大器，包括：信号耦合器、预设偏置调整电路、同步信号电流驱动电路和功率管，所述信号耦合器的输出端分别与功率管的第一输入端和同步信号电流驱动电路的第一输入端相连接,所述预设偏置调整电路的第一输出端与功率管的第一输入端连接，所述预设偏置调整电路的第二输出端与同步信号电流驱动电路的第二输入端相连接，所述同步信号电流驱动电路的输出端与功率管的第二输入端相连接。本发明采用上述结构后可以通过将甲类静态工作时大部分的电流回收，使得原本损耗的功率得以全部回收利用，令其输出功率大幅提高，整个动态线性范围完全跨越甲类的线性范围，同时达到甲类的线性，乙类的效率，而且由于不再有强大的连续直流电流流入负载，可以大幅降低其发热量，在减少能耗的同时，能够达到高保真的效果，大幅提升用户的体验，实现高效节能、低碳环保的效果。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明一种乙甲类功率放大器的模块示意图；
图2是本发明一种乙甲类功率放大器的电路示意图。
具体实施方式
图1是本发明一种乙甲类功率放大器的模块示意图，本发明一种乙甲类功率放大器，包括：信号耦合器、预设偏置调整电路、同步信号电流驱动电路和功率管，所述信号耦合器的输出端分别与功率管的第一输入端和同步信号电流驱动电路的第一输入端相连接,所述预设偏置调整电路的第一输出端与功率管的第一输入端连接，所述预设偏置调整电路的第二输出端与同步信号电流驱动电路的第二输入端相连接，所述同步信号电流驱动电路的输出端与功率管的第二输入端相连接。
进一步作为优选的实施方式，所述的信号耦合器为第一电容C1，所述的预设偏置调整电路包括第一电阻R1、第二电容C2和第一电位器W1，所述的同步信号电流驱动电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第二电位器W2、二极管D和晶体管，所述第一电容C1与功率管的第一输入端相连接，所述第二电容C2与第一电位器W1并联后再与第一电阻R1串联接在功率管的第一输入端与地之间，所述第三电容C3依次与第二电阻R2、第三电阻R3和第四电容C4串联接在功率管的第一输入端与地之间，所述第二电位器W2并联在第四电容C4两端，所述晶体管的第一端连接在第二电阻R2和第三电阻R3之间，所述晶体管的第二端与功率管的第二输入端、二极管D的负极端、第五电阻R5的第一端和第五电容C5的第一端相连接，所述晶体管的第三端连接第四电阻R4的第一端，所述第四电阻R4的第二端、二极管D的正极端、第五电阻R5的第二端和第五电容C5的第二端与地相连接。
进一步作为优选的实施方式，所述的二极管D为续流二极管。
进一步作为优选的实施方式，所述的第五电容C5为电解电容。
进一步作为优选的实施方式，所述的晶体管为场效应管或电子管或双极型晶体管或达林顿管。
进一步作为优选的实施方式，所述的功率管为电子管或双极型晶体管或场效应管或达林顿管。
下面对本发明的电路的工作原理作详细说明。
其中，所述功率管为电子管时，所述的第一输入端为栅极，第二输入端为阴极，输出端为阳极；所述功率管为双极型晶体管或达林顿管时，所述的第一输入端为基极，第二输入端为发射极，输出端为集电极；所述功率管为场效应管时，所述的第一输入端为栅极，第二输入端为源极，输出端为漏极；所述功率管为绝缘栅双极型晶体管时，所述的第一输入端为栅极，第二输入端为发射极，输出端为集电极。所述的晶体管为场效应管时，所述的第一端为栅极，第二端为漏极，第三端为源极；所述晶体管为绝缘栅双极型晶体管时，所述的第一端为栅极，第二端为集电极，第三端为发射极；所述晶体管为双极型晶体管或达林顿管时，所述的第一端为基极，第二端为集电极，第三端为发射极；所述晶体管为电子管时，所述的第一端为栅极，第二端为阳极，第三端为阴极。所述功率管的输出端与负载连接。所述第一电位器W1的第一端连接负的稳压电源，所述第二电位器W2的第一端连接正的稳压电源。
作为本发明一实施例，其中功率管采用电子管，晶体管采用场效应管，利用电子管以及同极性的场效应管自身的物理结构的特性，互补长短有机地互联结合，因为场效应管在截止时的内阻非常大，而导通时内阻非常小，且耐压较高，将其串接在电子管的阴极与地之间，能够将电子管在甲类工作状态时的95%以上的阴极静态电流截住，从而令电子管的阴极对地电位升高，使得电子管的栅极电位低于其阴极电位，因而进入截至状态，然后将音频信号电压同时驱动电子管和场效应管的栅极，经过受同步驱动电压驱动的场效应管的漏极把同步放大后的驱动电子流供给电子管的阴极，为电子管提供了需要的电流，而且提供的阴极电子流是按信号强弱自动同步驱动供给电子管的，驱动信号越强供给的电流就越大，驱动信号越弱供给的电流就越小。第五电容C5并联接在电子管的阴极与地之间，作为电子管阴极交流信号对地的通路，使得工作于全动态的线性功率放大得以实现，使音频信号的整个周期里都在电子管阳极的输出端按栅极驱动信号输入时一样完整地被放大。在场效应管的源极与地之间接入一个电流表与第四电阻R4串联，可以实时监测到实际的动态工作电流，同时起到保护和延长功率管的使用寿命。
在使用以上各类管型作为替换时，因他们的偏置电路工作方式不同，偏置电路需变形调整才能正常运作，例如：双极型晶体管或达林顿管他们的偏置电路需提供基极偏置电流，而场效应管或绝缘栅双极型晶体管或电子管，他们的偏置电路需提供栅极偏置正或负的偏置电压才能正常运作，而电子管除了3极管之外，又有4极速射管及5极管等之分，他们又可以使用4极速射管及5极管的标准接法、超线性接法、3极管接法等多种变形，不同管型的电子管又有栅负压的深浅不同的无栅极电流的左特性管或有栅极电流的右特性管，又如场效应管或绝缘栅双极型晶体管他们封装的内部有自带栅源间的钳位二极管作保护栅极或漏源间二极管作保护管，如无自带的需要时外接补上等，所以替换时也需要变形。以上的种种变形或替换，其工作原理是一样的都是给功率放大器提供工作电流放大输出。
本发明的精神核心是：在单端甲类功率放大器的基础上增加一组同步信号电流驱动电路（图2）串联接在功率管的阴极与地之间，其场效应管的栅极偏置工作点的设置是设定在开始导通时阀值的临介点，（约2.8至3.5V之间，视选用的管型不同而定）也就是静态时，是无电流通过，完全截止的，（为使在小信号驱动时不出现非线性失真，功率管的静态有数毫安电流的设定由功率管阴极的R5旁路提供，是甲类静态时的5% 以下，此时为乙类状态）当有音频信号驱动时由C3输入经R2、R3分压后供给栅极，经过受同步驱动电压驱动的场效应管的漏极把同步放大后的驱动电子流供给功率管的阴极，为功率管提供了需要的电流，而且提供的阴极电子流是按信号强弱自动同步驱动供给电子管的，驱动信号越强供给的电流就越大，输出的功率越大，驱动信号越弱供给的电流就越小，输出的功率越小，也就是信号驱动电压，信号驱动电流分别同时驱动功率管的栅极和阴极。使得工作于全动态的线性功率放大得以实现，使音频信号的整个周期里都在电子管阳极的输出端按栅极驱动信号输入时一样完整地被放大。单个功率管能完成整个信号周期360度导通角的非甲类状态的全动态线性功率放大。即乙甲类功率放大。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种乙甲类功率放大器，其特征在于,包括：信号耦合器、预设偏置调整电路、同步信号电流驱动电路和功率管，所述信号耦合器的输出端分别与功率管的第一输入端和同步信号电流驱动电路的第一输入端相连接,所述预设偏置调整电路的第一输出端与功率管的第一输入端连接，所述预设偏置调整电路的第二输出端与同步信号电流驱动电路的第二输入端相连接，所述同步信号电流驱动电路的输出端与功率管的第二输入端相连接，所述的信号耦合器为第一电容（C1），所述的预设偏置调整电路包括第一电阻（R1）、第二电容（C2）和第一电位器（W1），所述的同步信号电流驱动电路包括第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、第二电位器（W2）、二极管（D）和晶体管，所述第一电容（C1）与功率管的第一输入端相连接，所述第二电容（C2）与第一电位器（W1）并联后再与第一电阻（R1）串联接在功率管的第一输入端与地之间，所述第三电容（C3）依次与第二电阻（R2）、第三电阻（R3）和第四电容（C4）串联接在功率管的第一输入端与地之间，所述第二电位器（W2）并联在第四电容（C4）两端，所述晶体管的第一端连接在第二电阻（R2）和第三电阻（R3）之间，所述晶体管的第二端与功率管的第二输入端、二极管（D）的负极端、第五电阻（R5）的第一端和第五电容（C5）的第一端相连接，所述晶体管的第三端连接第四电阻（R4）的第一端，所述第四电阻（R4）的第二端、二极管（D）的正极端、第五电阻（R5）的第二端和第五电容（C5）的第二端与地相连接。
2.根据权利要求1所述的一种乙甲类功率放大器，其特征在于：所述的二极管（D）为续流二极管。
3.根据权利要求1所述的一种乙甲类功率放大器，其特征在于：所述的第五电容（C5）为电解电容。
4.根据权利要求1所述的一种乙甲类功率放大器，其特征在于：所述的功率管为电子管，所述的晶体管为场效应管。
5.根据权利要求1所述的一种乙甲类功率放大器，其特征在于：所述的功率管采用双极型晶体管或达林顿管或场效应管，所述的晶体管采用双极型晶体管或达林顿管或电子管。
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