CN103973240A - 一种音频功率放大电路 - Google Patents

Abstract

一种音频功率放大电路，左声道与右声道通过反馈电路连接，均包括：前置放大电路，用于对本声道的输入信号进行放大，形成放大信号；并将本声道的输入信号与另一声道的放大信号加和、放大；积分电路，与前置放大电路连接，用于将本声道的放大信号和本声道输出电路输出的信号进行叠加，形成叠加信号；比较电路，与积分电路连接，用于对叠加信号进行脉冲宽度调制，形成调制信号；输出电路，与比较电路连接，并与积分电路形成反馈环路，用于接收调制信号，驱动负载；反馈电路用于将左声道的放大信号反馈至右声道的前置放大电路的输入端；并将右声道的放大信号反馈至左声道的前置放大电路的输入端。本发明产生的立体声效果不受声道摆放位置影响。

Description

一种音频功率放大电路

技术领域

本发明涉及音频功率放大技术，提供一种音频功率放大电路。

背景技术

普通的单声道音频功率放大器缺乏对声音的位置定位，而立体声技术则彻底改变了这一情况，声音在录制过程中被分配到两个独立的声道，从而达到了很好的声音定位效果。但是这种立体声的实现方式的缺点也十分明显，最明显的就是对音箱的位置摆放要求较高，摆放的位置过近会直接影响声音的立体声效果。要消除这种影响，传统的解决方法是采用适当的滤波器矩阵对左右声道音频信号进行分别滤波，左耳只听到左侧扬声器发出的声音，右耳只听到右侧扬声器发出的声音。但是采取该方式需要用到结构和算法比较复杂的数字滤波器，无法适用于手机等便携设备上。同时便携设备对音频功放的工作效率要求较高，并且还要使声音的失真降到最低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种音频功率放大电路，其产生的立体声效果能够不受声道摆放位置影响。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种音频功率放大电路，包括：

左声道、右声道、反馈电路；其中，所述左声道与所述右声道通过所述反馈电路连接，所述左声道和所述右声道均包括：

前置放大电路，用于对本声道的输入信号进行放大，形成放大信号；并将本声道的输入信号与另一声道的放大信号进行加和、放大；

积分电路，与前置放大电路连接，用于将本声道的放大信号和本声道输出电路输出的信号进行叠加，形成叠加信号；

比较电路，与积分电路连接，用于对所述叠加信号进行脉冲宽度调制，形成调制信号；

输出电路，与所述比较电路连接，并与所述积分电路形成反馈环路，用于接收所述调制信号，驱动负载。

其中，所述反馈电路用于将左声道的放大信号反馈至所述右声道的前置放大电路的输入端；以及将右声道的放大信号反馈至所述左声道的前置放大电路的输入端。

其中，所述前置放大电路包括：

第一运算放大器、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻；

其中，所述第一电阻与所述第一运算放大器的反向输入端连接；

所述第三电阻分别与所述第一运算放大器的反向输入端以及正向输出端连接；

所述第一电容分别与所述第一运算放大器的反向输入端以及正向输出端连接；所述第二电阻与所述第一运算放大器的正向输入端连接；

所述第四电阻分别与所述第一运算放大器的正向输入端以及反向输出端连接;

所述第二电容分别与所述第一运算放大器的正向输入端以及反向输出端连接。

其中，所述反馈电路包括：

与所述左声道的第一运算放大器的正向输入端，以及所述右声道的第一运算放大器的反向输出端连接的第一反馈电阻；

与所述左声道的第一运算放大器的反向输入端，以及所述右声道的第一运算放大器的正向输出端连接的第二反馈电阻；

与所述右声道的第一运算放大器的正向输入端，以及所述左声道的第一运算放大器的反向输出端连接的第三反馈电阻；

与所述右声道的第一运算放大器的反向输入端，以及所述左声道的第一运算放大器的正向输出端连接的第四反馈电阻；

其中，所述积分电路包括：

第二运算放大器、第三电容、第四电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻；

其中，所述第五电阻分别与所述第一运算放大器的正向输出端和所述第二运算放大器的反向输入端连接；

所述第六电阻分别与所述第一运算放大器的反向输出端和所述第二运算放大器的正向输入端连接；

所述第三电容分别与所述第二运算放大器的反向输入端和正向输出端连接；

所述第四电容分别与所述第二运算放大器的正向输入端和反向输出端连接；

所述第七电阻分别与所述第二运算放大器的反向输入端和所述输出级电路连接；

所述第八电阻分别与所述第二运算放大器的正向输入端和所述输出级电路连接。

其中，所述比较电路包括：第三运算放大器、第四运算放大器；

其中，所述第三运算放大器的输入端与所述第二运算放大器的正向输出端连接；

所述第四运算放大器的输入端与所述第二运算放大器的反向输出端连接。

其中，所述比较电路还包括：

振荡器，分别与所述第三运算放大器的输入端以及所述第四运算放大器的输入端连接。

其中，所述输出电路包括：

与所述第三运算放大器的输出端连接的第一驱动、与所述第四预算放大器的输出端连接的第二驱动、分别与所述第一驱动以及第二驱动连接的输出级晶体管。

其中，所述输出级晶体管包括：

第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管；

其中，所述第一PMOS管的漏极与终端电源连接，其栅极与所述第一驱动的输出端连接；

所述第一NMOS管的漏极分别与所述第一PMOS管的源极和所述第七电阻连接，其栅极与所述第一驱动的输出端连接，其源极与地线连接；

所述第二NMOS管的漏极与所述第一NMOS管的源极连接，其栅极与所述第二驱动的输出端连接；

所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的源极连接，其栅极与所述第二驱动的输出端连接，其源极与终端电源连接。

其中，所述左声道以及所述右声道均包括：

与所述前置放大电路的输入端连接的滤波器，用于过滤掉输入信号的低频信号。

本发明的上述方案具有如下有益效果：

本发明的电路，每个声道的前置放大电路均可将本声道的输入信号进行放大，形成放大信号，并将本声道的输入信号与反馈电路传送过来的另一声道的放大信号进行加和、放大。之后经前置放大电路加和、放大后的信号通过积分电路到达比较电路，并在比较电路中进行脉冲宽度调制，形成调制信号，并通过输出电路完成驱动负载。之后输出电路输出的信号返回到积分电路，积分电路将本声道的放大信号与输出电路输出的信号进行叠加，形成叠加信号，并通过比较点电路再次进行脉冲宽度调制，形成新的调制信号，最终由输出电路输出新的调制信号，以达到立体声音效果，克服了由于左右声道摆放过近导致的立体声效果的减弱的问题，同时本电路结构简单，成本低，能够应用到手机当中。

附图说明

图1为本发明中一种音频功率放大电路的结构示意图；

图2为发明中一种音频功率放大电路的详细连接图。

具体实施方式

如图1所示，一种音频功率放大电路，包括：

左声道、右声道、反馈电路；其中，所述左声道与所述右声道通过所述反馈电路连接，所述左声道和所述右声道均包括：

前置放大电路，用于对本声道的输入信号进行放大，形成放大信号；并将本声道的输入信号与另一声道的放大信号进行加和、放大；

积分电路，与前置放大电路连接，用于将本声道的放大信号和本声道输出电路输出的信号进行叠加，形成叠加信号；

比较电路，与积分电路连接，用于对所述积分电路输出的信号进行脉冲宽度调制，形成调制信号；

输出电路，与所述比较电路连接，并与所述积分电路形成反馈环路，用于接收所述调制信号，驱动负载。

其中，所述反馈电路用于将左声道的放大信号反馈至所述右声道的前置放大电路的输入端；以及将右声道的放大信号反馈至所述左声道的前置放大电路的输入端。

本发明的电路，每个声道的前置放大电路均可将本声道的输入信号进行放大，形成放大信号，并将本声道的输入信号与反馈电路传送过来的另一声道的放大信号进行加和、放大。之后经前置放大电路加和、放大后的信号通过积分电路到达比较电路，并在比较电路中进行脉冲宽度调制，形成调制信号，并通过输出电路完成驱动负载。之后输出电路输出的信号返回到积分电路，积分电路将本声道的放大信号与输出电路输出的信号进行叠加，形成叠加信号，并通过比较点电路再次进行脉冲宽度调制，形成新的调制信号，最终由输出电路输出新的调制信号，以达到立体声音效果，克服了由于左右声道摆放过近，导致立体声效果减弱的问题，同时本电路结构简单，成本低，能够应用到手机当中。

如图2所示，在本发明的上述实施例中，所述前置放大电路包括：

第一运算放大器A、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4；

其中，所述第一电阻R1与所述第一运算放大器A的反向输入端连接；

所述第三电阻R3分别与所述第一运算放大器A的反向输入端以及正向输出端连接；

所述第一电容分C1别与所述第一运算放大器A的反向输入端以及正向输出端连接；所述第二电阻R2与所述第一运算放大器A的正向输入端连接；

所述第四电阻R4分别与第一运算放大器A的正向输入端以及反向输出端连接;

所述第二电容C2分别与所述第一运算放大器A的正向输入端以及反向输出端连接；

其中，所述反馈电路包括：

与所述左声道的第一运算放大器A的正向输入端，以及所述右声道的第一运算放大器A的反向输出端连接的第一反馈电阻R1′；

与所述左声道的第一运算放大器A的反向输入端，以及所述右声道的第一运算放大器A的正向输出端连接的第二反馈电阻R2′；

与所述右声道的第一运算放大器A的正向输入端，以及所述左声道的第一运算放大器A的反向输出端连接的第三反馈电阻R3′；

与所述右声道的第一运算放大器A的反向输入端，以及所述左声道的第一运算放大器A的正向输出端连接的第四反馈电阻R4′；

所述积分电路包括：

第二运算放大器B、第三电容C3、第四电容C4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8；

其中，所述第五电阻R5分别与所述第一运算放大器A的正向输出端和所述第二运算放大器B的反向输入端连接；

所述第六电阻R6分别与所述第一运算放大器A的反向输出端和所述第二运算放大器B的正向输入端连接；

所述第三电容C3分别与所述第二运算放大器B的反向输入端和正向输出端连接；

所述第四电容C4分别与所述第二运算放大器B的正向输入端和反向输出端连接；

所述第七电阻R7分别与所述第二运算放大器B的反向输入端和所述输出级电路连接；

所述第八电阻R8分别与所述第二运算放大器B的正向输入端和所述输出级电路连接。

所述比较电路包括：第三运算放大器C、第四运算放大器D；

其中，所述第三运算放大器C的输入端与所述第二运算放大器（B）的正向输出端连接；

所述第四运算放大器D的输入端与所述第二运算放大器B的反向输出端连接。

所述比较电路还包括：

振荡器，分别与所述第三运算放大器C的输入端以及所述第四运算放大器D的输入端连接。

所述输出电路包括：

与所述第三运算放大器C的输出端连接的第一驱动、与所述第四预算放大器D的输出端连接的第二驱动、分别与所述第一驱动以及第二驱动连接的输出级晶体管。

所述输出级晶体管包括：

第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第一NMOS管N1、第二NMOS管N2；

其中，所述第一PMOS管P1的漏极与终端电源连接VBAT，其栅极与所述第一驱动的输出端连接；

所述第一NMOS管N1的漏极分别与所述第一PMOS管P1的源极和所述第七电阻连接，其栅极与所述第一驱动的输出端连接，其源极与地线连接；

所述第二NMOS管N2的漏极与所述第一NMOS管N1的源极连接，其栅极与所述第二驱动的输出端连接；

所述第二PMOS管P2的漏极与所述第二NMOS管N2的源极连接，其栅极与所述第二驱动的输出端连接，其源极与终端电源VBAT连接。

另外，在本发明的上述实施例中，所述左声道以及所述右声道均包括：

与所述前置放大电路的输入端连接的滤波器，用于过滤掉输入信号的低频信号。

本实施例的原理如图1、图2所示，左（右）声道的输入信号经过本声道的前置放大电路放大后再通过反馈电路输入到、另一个声道当中，从而在左（右）声道的最终输出的音频信号中既有本声道的原始输入信号，也有来自于另一声道的放大信号，因此，从某一声道输入的信号会同时在两个声道中经过放大后输出，因此可以使某一声道的信号在两个声道中同时存在，并形成不同的声强差。而同一声源在两个通道中的声强差可以使虚声像定位发生偏移，从而形成偏向左（右）一侧的虚声像。通过交叉耦合放大的方式，可以使人耳产生3D的立体声效果。同一声源在两个声道中的声强差（增益）可以通过调节第三电阻R3与反馈电路中的电阻R1′、R2′、R3′、R4′的比例实现。以左声道为例，其正向输出信号在本声道放大倍数和以及另一声道（右声道）的正向输出信号经反馈电路在本声道的放大倍数可分别表示为：

L声道： $A_{\mathrm{VL}}=\frac{{(R_3/R_1)*{R4}^{\′}}^2}{{R{4}^{\′}}^2-R_3^2};$

R声道： $A_{\mathrm{VR}}=\frac{R_3^2}{R_1*{R2}^{\′}}*\frac{{R{2}^{\′}}^2}{{R{2}^{\′}}^2-R_3^2};$

左声道音源在两个声道中的增益之比为：A_VL/A_VR。

第一电容C1以及第二电容C2的作用是增大声道输出端的负载电容从而降低声道输出端的噪声；同时加入电容C2可以使前置放大电路有一定的滤波作用，滤掉输入信号中无用的高频信号。

积分电路的作用是将本声道的放大信号和本声道输出电路输出的信号进行叠加，从而构成一个完整的反馈环路。反馈环路的作用是降低失真、提高电源抑制比。其失真只为未加反馈环路时的失真的1/（1+β*A），其中A为积分器中放大器的开环增益，β为反馈环路的反馈系数。

比较电路的作用是对积分电路的输出信号进行脉冲宽度PWM调制，将电压信号调制为高低电平信号。

PWM调制后的信号经输出电路的驱动输出，左声道或右的驱动采用全H桥连接方式，输出电压范围为2倍的内部工作电压VDD。

在实际应用中左右两个声道的结构完全对称，可设置与第一运算放大器输入端连接的第一电阻R1与第二电阻R2阻值一样，等于RA；反馈电路的电阻R1′、R2′、R3′、R4′阻值全部一样，等于RB，这样一来单个声道的信号在最终的输出两个声道的输出之比为RA/RB。因此最终只从一个声道输入的信号在两个声道中都经过放大输出，只是放大的倍数不同，增强了立体声效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种音频功率放大电路，其特征在于，包括：

左声道、右声道、反馈电路；其中，所述左声道与所述右声道通过所述反馈电路连接，所述左声道和所述右声道均包括：

前置放大电路，用于对本声道的输入信号进行放大，形成放大信号；并将本声道的输入信号与另一声道的放大信号进行加和、放大；

积分电路，与前置放大电路连接，用于将本声道的放大信号和本声道输出电路输出的信号进行叠加，形成叠加信号；

比较电路，与积分电路连接，用于对所述积分电路输出的信号进行脉冲宽度调制，形成调制信号；

输出电路，与所述比较电路连接，并与所述积分电路形成反馈环路，用于接收所述调制信号，驱动负载；

其中，所述反馈电路用于将左声道的放大信号反馈至所述右声道的前置放大电路的输入端；以及将右声道的放大信号反馈至所述左声道的前置放大电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述前置放大电路包括：

第一运算放大器、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻；

其中，所述第一电阻与所述第一运算放大器的反向输入端连接；

所述第三电阻分别与所述第一运算放大器的反向输入端以及正向输出端连接；

所述第一电容分别与所述第一运算放大器的反向输入端以及正向输出端连接；所述第二电阻与所述第一运算放大器的正向输入端连接；

所述第四电阻分别与所述第一运算放大器的正向输入端以及反向输出端连接;

所述第二电容分别与所述第一运算放大器的正向输入端以及反向输出端连接。

3.根据权利要求2所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述反馈电路包括：

与所述左声道的第一运算放大器的正向输入端，以及所述右声道的第一运算放大器的反向输出端连接的第一反馈电阻；

与所述左声道的第一运算放大器的反向输入端，以及所述右声道的第一运算放大器的正向输出端连接的第二反馈电阻；

与所述右声道的第一运算放大器的正向输入端，以及所述左声道的第一运算放大器的反向输出端连接的第三反馈电阻；

与所述右声道的第一运算放大器的反向输入端，以及所述左声道的第一运算放大器的正向输出端连接的第四反馈电阻。

4.根据权利要求3所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述积分电路包括：

第二运算放大器、第三电容、第四电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻；

其中，所述第五电阻分别与所述第一运算放大器的正向输出端和所述第二运算放大器的反向输入端连接；

所述第六电阻分别与所述第一运算放大器的反向输出端和所述第二运算放大器的正向输入端连接；

所述第三电容分别与所述第二运算放大器的反向输入端和正向输出端连接；

所述第四电容分别与所述第二运算放大器的正向输入端和反向输出端连接；

所述第七电阻分别与所述第二运算放大器的反向输入端和所述输出级电路连接；

所述第八电阻分别与所述第二运算放大器的正向输入端和所述输出级电路连接。

5.根据权利要求4所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述比较电路包括：第三运算放大器、第四运算放大器；

其中，所述第三运算放大器的输入端与所述第二运算放大器的正向输出端连接；

所述第四运算放大器的输入端与所述第二运算放大器的反向输出端连接。

6.根据权利要求5所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述比较电路还包括：

振荡器，分别与所述第三运算放大器的输入端以及所述第四运算放大器的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述输出电路包括：

与所述第三运算放大器的输出端连接的第一驱动、与所述第四预算放大器的输出端连接的第二驱动、分别与所述第一驱动以及第二驱动连接的输出级晶体管。

8.根据权利要求7所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述输出级晶体管包括：

第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管；

其中，所述第一PMOS管的漏极与终端电源连接，其栅极与所述第一驱动的输出端连接；

所述第一NMOS管的漏极分别与所述第一PMOS管的源极和所述第七电阻连接，其栅极与所述第一驱动的输出端连接，其源极与地线连接；

所述第二NMOS管的漏极与所述第一NMOS管的源极连接，其栅极与所述第二驱动的输出端连接；

所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的源极连接，其栅极与所述第二驱动的输出端连接，其源极与终端电源连接。

9.根据权利要求1所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述左声道以及所述右声道均包括：

与所述前置放大电路的输入端连接的滤波器，用于过滤掉输入信号的低频信号。