CN103944521A

CN103944521A - 一种电流喷射式音频功率放大器

Info

Publication number: CN103944521A
Application number: CN201410168104.3A
Authority: CN
Inventors: 江山
Original assignee: FOSHAN CITY SHUNDE DISTRICT LONGRISE ELECTRON TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Wuhan yajiyun Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-04-24
Also published as: CN103944521B

Abstract

本发明公开了一种电流喷射式音频功率放大器，包括输入端，电阻R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11，电容E1、结型场效应管J1、J2，三极管N1、P1、N2、P2、N3、P3，发光二极管LED1、LED2，电容C1、C2，MOS场效应管Q1、Q2，负载电阻RL和输出端；本发明巧妙地通过一组双路低电压±12V电源和输出功率级的高电压+VDD、-VSS端配合，通过电路拓朴变换，使输入端电流型输入的小信号在末级转化为电压增益恒定的输出特性，具有带宽高、失真小、信噪比高、动态大、声道分离度优良且生产工艺要求低、元器件易配对等优点，同时功耗低、可方便加入音频处理器监控调节各管工作点和可与动态电源配合使用，信号输入接口可使用电流型DAC直驱。

Description

一种电流喷射式音频功率放大器

技术领域

本发明涉及音频功率放大器技术领域，具体涉及一种电流喷射式音频功率放大器。背景技术

目前传统的音频功率放大器其原理图如附图1所示，为保证电压放大的低失真，上述电路采用了共射共基电路差分放大形式，音频信号经过菱形差分电路放大并反相后，获得第二级所需要的电平及阻抗匹配跟第二级电压放大级直接耦合，第二级电压放大级经过再次反相放大获得高电压摆幅后驱动第三级电流放大级工作，信号经过第三级电流放大级0dB电压增益放大后，驱动负载输出，通过差分大环路负反馈来对消信号误差，达到低失真输出的目的。

但上述传统音频功率放大器存在以下不足：1、带宽低，工作带宽为50KHz-1dB左右，该带宽对于20KHz音频频段显得非常的窄小，导致音频高频段TIM失真大，且高频段容易产生自激，需要加入电容C1、电容C2、电阻R22、电容C3来消除振铃式自激；2、失真大，经过两级反相放大的共射电路并不能获得跟输入信号相位完全匹配的反馈信号，两级反相后相位开始发生偏差，工作频率越高相位失真越大，由大环路反馈引发的瞬态互调失真加巨；3、信噪比低，电压信号被几十倍的放大，电压摆幅高达几十伏，信号噪声也将被同步放大,限制了信噪比提高；4、动态小；5、声道分离度差；6、电路结构复杂且元器件配对工艺难度大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种输出功率高、音频带宽高、失真小、信噪比高、动态大、声道分离度优良且生产工艺要求低、元器件不需配对的电流喷射式音频功率放大器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电流喷射式音频功率放大器，包括输入端、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1、电容C2、发光二极管LED1、发光二极管LED2、电容E1、结型场效应管J1、结型场效应管J2、三极管N1、三极管P1、三极管N2、三极管P2、三极管N3、三极管P3、MOS场效应管Q1、MOS场效应管Q2、负载电阻RL和输出端；所述输入端两接线端分别连接电阻R0和信号地两端，电阻R1一端接R0，另一端接输出端；电阻R2一端分别连接电阻R0和电阻R1，另一端接输出地；结型场效应管J1、结型场效应管J2接成N、P沟道互补共源输出电路结构，其源极通过电阻R3分别连接三极管N2发射极和三极管P2发射极，上述三极管N2、三极管P2接成互补共基电路，三极管N2基极分别连接电阻R6、电阻R8和电解电容E1正极，三极管P2基极分别连接电阻R7一端、电解电容E1负极和电阻R8另一端，三极管P1、发光二极管LED1、电阻R4和三极管N1、发光二极管LED2、电阻R5分别接成上下对称的两个恒流源，所述三极管P1发射极接电阻R4一端，R4另一端接发光二极管LED1阳极和12V电源正极，发光二极管LED1阴极接三极管P1基极和结型场效应管J1漏极；所述三极管N1发射极接电阻R5一端，电阻R5另一端接发光二极管LED2阴极和12V电源负极，发光二极管LED2阳极接三极管N1基极和结型场效应管J2漏极；三极管P1集电极分别连接三极管N2集电极和三极管N3基极，三极管N1集电极分别连接三极管P2集电极和三极管P3基极，电阻R9一端分别接R6一端、三极管N3发射极和MOS场效应管Q1栅极，电阻R9另一端分别接R7一端、三极管P3发射极和MOS场效应管Q2栅极，MOS场效应管Q1源极串联连接电阻R10，MOS场效应管Q2源极串联连接电阻R11，电阻R10和电阻R11另一端并联作为输出端；放大器输入端信号地并联在所述输出端上，构成参照地浮动式结构，输入端信号源可接电流型数字模拟转换器输出或音频输入隔离变压器。

本发明具有如下有益效果：

本发明一种电流喷射式音频功率放大器，巧妙地通过一组双路低电压±12V电源和输出功率级的高电压配合，可提高输出端最大输出电压，且不会给三极管N3、P3造成大的耗散，且三极管N3、P3驱动电流能力大大增强；通过巧妙设计的电路拓朴变换电阻R0、R1、R2反馈网络，使输入端电流型输入的小信号在末级转化为恒增益电压输出特性，具有带宽高、失真小、信噪比高、动态大、声道分离度优良且生产工艺要求低、元器件易配对、不易自激调试简单等优点，可方便加入音频处理器使用动态电源技术构建成I类功放等优点，解决了传统音频功率放大器存在的带宽低、失真大、信噪比低、动态小、声道分离度差和元器件难配对等技术和工艺问题。在实际测试中MOS场效应管Q1、Q2仅一对管就可以输出1000W以上的功率，电流喷射电路仅需要一对P、N沟道互补的输出管。

附图说明

图1为传统音频功率放大器电路拓扑结构图；

图2为本发明一种电流喷射式音频功率放大器的电路拓扑结构图；

图3为本发明一种电流喷射式音频功率放大器接入音频处理器的电路拓扑结构图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的描述，以便于更清楚的理解本发明要求保护的技术思想。

如图2所示为本发明一种电流喷射式音频功率放大器，包括输入端、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1、电容C2、发光二极管LED1、发光二极管LED2、电容E1、三极管N1、三极管P1、三极管N2、三极管P2、三极管N3、三极管P3、MOS场效应管Q1、MOS场效应管Q2、负载电阻RL和输出端；所述输入端两接线端分别连接电阻R0和信号地两端，电阻R1一端接R0，另一端接输出端；电阻R2一端分别连接电阻R0和电阻R1，另一端接输出地；结型场效应管J1、结型场效应管J2接成N、P沟道互补共源输出电路结构，其源极通过电阻R3分别连接三极管N2发射极和三极管P2发射极，上述三极管N2、三极管P2接成互补共基电路，三极管N2基极分别连接电阻R6、电阻R8和电解电容E1正极，三极管P2基极分别连接电阻R7一端、电解电容E1负极和电阻R8另一端，三极管P1、发光二极管LED1、电阻R4和三极管N1、发光二极管LED2、电阻R5分别接成上下对称的两个恒流源，所述三极管P1发射极接电阻R4一端，R4另一端接发光二极管LED1阳极和12V电源正极，发光二极管LED1阴极接三极管P1基极和结型场效应管J1漏极；所述三极管N1发射极接电阻R5一端，电阻R5另一端接发光二极管LED2阴极和12V电源负极，发光二极管LED2阳极接三极管N1基极和结型场效应管J2漏极；三极管P1集电极分别连接三极管N2集电极和三极管N3基极，三极管N1集电极分别连接三极管P2集电极和三极管P3基极，电阻R9一端分别接R6一端、三极管N3发射极和MOS场效应管Q1栅极，电阻R9另一端分别接R7一端、三极管P3发射极和MOS场效应管Q2栅极，MOS场效应管Q1源极串联连接电阻R10，MOS场效应管Q2源极串联连接电阻R11，电阻R10和电阻R11另一端并联作为输出端；放大器输入端信号地并联在所述输出端上，构成参照地浮动式结构，输入端信号源可接电流型数字模拟转换器输出或音频输入隔离变压器。

如图3所示，MOS场效应管M1、M2、M3、M4，电感器L1、L2，金属化薄膜电容C1、C2和音频处理器构建数字功率浮桥，主要给MOS场效应管Q1、Q2提供恰当的功率和工况要求，使MOS场效应管Q1、Q2的工作效率在高偏置电流下获得提升。

本发明工作原理为：输入端输入小电流信号，经过电阻R0、R1、R2反馈网络产生的电流误差信号经过结型场效应管管J1、J2转换成电流信号通过电阻R3驱动三极管N2、P2，再根据信号的极性使得三极管N2、P2内部流过的电流发生改变，影响到恒流源三极管P1、N1的电流分流工况，信号变化量以恒流源为动力源推动三极管N3、P3组成的互补共集电路推挽输出，造成电阻R9上的电流改变转化成电压形式使得MOS场效应管Q1、Q2输出电流发生快速的线性改变，强制电流差值从负载电阻RL流过，在电路参数选择上，可以给MOS场效应管Q1、Q2偏置输出电流加高到5A以上，本电路将达到电流喷射效能，电路从输入到输出放大的都是电流信号，电路内电压波动极小，完全消除了因高电压摆幅带来的失真问题，同时本电路是同相放大器，全电路均使用共集或共基电路，使得电路的电流开环增益带宽积非常高，反馈机制由电路拓朴完成；放大器是电流输入特性，电压放大倍数为1，输出是恒定增益电压输出特性以匹配音箱的输入特性要求。

当本电路工作在由音频处理器控制的动态功率浮桥上时，即MOS场效应管Q1漏极接电容C1、电感器L1端，MOS场效应管Q2漏极接电容C2、电感器L2端时，方可达到最高效能表现。音频处理器主要是根据MOS场效应管Q1、Q2需要的即时工况通过控制MOS场效应管M1、M2、M3、M4的功率馈入脉宽来调整输入MOS场效应管Q1、Q2的功率，以保证MOS场效应管Q1、Q2在高电流工作时的效率，使MOS场效应管Q1、Q2的甲类效率达到60％以上成为可能。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种电流喷射式音频功率放大器，其特征在于：包括输入端、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1、电容C2、发光二极管LED1、发光二极管LED2、电容E1、结型场效应管J1、结型场效应管J2、三极管N1、三极管P1、三极管N2、三极管P2、三极管N3、三极管P3、MOS场效应管Q1、MOS场效应管Q2、负载电阻RL和输出端；所述输入端两接线端分别连接电阻R0和信号地两端，电阻R1一端接R0，另一端接输出端；电阻R2一端分别连接电阻R0和电阻R1，另一端接输出地；结型场效应管J1、结型场效应管J2接成N、P沟道互补共源输出电路结构，其源极通过电阻R3分别连接三极管N2发射极和三极管P2发射极，上述三极管N2、三极管P2接成互补共基电路，三极管N2基极分别连接电阻R6、电阻R8和电解电容E1正极，三极管P2基极分别连接电阻R7一端、电解电容E1负极和电阻R8另一端，三极管P1、发光二极管LED1、电阻R4和三极管N1、发光二极管LED2、电阻R5分别接成上下对称的两个恒流源，所述三极管P1发射极接电阻R4一端，R4另一端接发光二极管LED1阳极和12V电源正极，发光二极管LED1阴极接三极管P1基极和结型场效应管J1漏极；所述三极管N1发射极接电阻R5一端，电阻R5另一端接发光二极管LED2阴极和12V电源负极，发光二极管LED2阳极接三极管N1基极和结型场效应管J2漏极；三极管P1集电极分别连接三极管N2集电极和三极管N3基极，三极管N1集电极分别连接三极管P2集电极和三极管P3基极，电阻R9一端分别接R6一端、三极管N3发射极和MOS场效应管Q1栅极，电阻R9另一端分别接R7一端、三极管P3发射极和MOS场效应管Q2栅极，MOS场效应管Q1源极串联连接电阻R10，MOS场效应管Q2源极串联连接电阻R11，电阻R10和电阻R11另一端并联作为输出端；放大器输入端信号地并联在所述输出端上，构成参照地浮动式结构，输入端信号源可接电流型数字模拟转换器输出或音频输入隔离变压器。