CN1055272A - 具有可从多个具备有限陷流能力的装置输出最大和功率的放大器 - Google Patents

Abstract

第一放大器(28)的电路结构是用以接受一信号 输入及对一负载提供驱动信号。第二放大器(42)以 电压跟随器的电路构成从第一放大器(30)输出上获 得输入信号，第二放大器(42)的输出端(44)与第一输 出端(30)并联耦合于该负载。第二放大器(42)的输 出信号几乎与第一放大器(28)的输出信号相同。这 样，两个放大器所输出的信号基本上相同。

Description

本发明涉及用于驱动负载的放大器电路。更具体地讲，是可从多个其中每个装置都具有有限电流能力的装置中获得最大功率传输的放大器电路。

通常需在超出本电路中的特定装置的能力下获得一功率输出。基于经济因素，常常是低功率装置很容易从合理的价格中获取，而提高等级以达较高功率的装置所需增加费用因数相对于所获得的功率增益来说是不合理的。

并联的低功率装置将会提高功率的输出能力。但多个低功率装置之间必须相互匹配，以便平均分配来自每一装置的输出。否则，当输出高功率时，某些装置将会成为另一装置的负载而不再为负载提供输出。另外，为同时达到装置的最大峰值功率，在低功率输出下，这些装置还须相互统调。

因此，当使用多个组合装置以提高对负载的输出功率时，每一装置应相同才是合乎需要的。当所有的多个装置均在同一集成电路芯片上时，这样的目标是容易实现的。在这种情况下，各装置相互紧密接近并在完全相同的工艺中于同一时间制成。运算放大器对这种并联负载的驱动意图是十分有用的，因通常由四个或四个以上的紧密配合的装置以最低的成本用在一块集成电路芯片上。不过，即使这些装置几乎完全一样，每一装置也仍需具有公差的外部组件，这些公差对整个放大器电路的公差有很大影响。

在已有技术中，另一个提高负载输出功率的具有共性的电路结构是如《国家半导体线性应用手册》AN69-5条所示：使用两个低功率输出装置。此应用条例示出两个运算放大器以推挽的结构工作并以180°的异相信号输入。此电路结构提供两倍于给定电压的电压值，这样就可由四倍于一个信号的单一放大器使输出功率的能力提高。这便可工作于高阻抗负载上，但对于输出装置是低阻抗负载的，却不十分适宜。尤其是限流的低阻抗负载不如限压的低阻抗负载。

当低功率装置受电流限制时，它通常是由单一装置驱动外部电流放大器以增加对负载的功率传输。在这种情况下，一个运算放大器将会被用来驱动一对外部的NPN或PNP晶体管，它通常连接在如《国家半导体》应用条例125中图15和条例127中图7所示的、称为“图腾极”（totem  pole）的组态配置的正、负极电压之间。这样，如上所述的，这些外部装置除是不同的装置外，亦不需紧密匹配。目前，价格增长的不合理是非这样不可的，尤其是若仅为一个适中的输出功率的提高更如此。

另一个可能的配置包括两个运算放大器。它们的非倒相输入端并联耦合于一信号源，输出端并联耦合-负载。每一运算放大器具有耦合在负载的公共输出端和倒相输入端之间的第一反馈电阻，耦合在倒相输入端与信号地之间的第二反馈电阻。每一个运算放大器的放大增益为第一反馈电阻与第二反馈电阻之比。为使低输出阻抗放大器不相互成为负载，所述输出端经由隔离电阻并联耦合。这种电路结构的缺点是既使两个运算放大器完全相同，如它们均在同一集成电路芯片上，对于决定反馈的电阻及其他外部元件增益的公差也必须加以考虑。例如，通常用于象电视接收器这样的用户制品上的有百分之五公差的电阻，仅在两个放大器之间的增益上就可能有百分之十的差异。这意味着一个放大器会在另一个放大器之前关断。因功率与加在负载上的电压平方成正比，这样，该增益之差就会在负载的输出功率上产生百分之二十的差异，对于电阻率的偏差可用高精度元件如百分之一精度的电阻使其降低。这是仪表设备可能允许的解决方案。但目前对于消费用品象电视接收器这类的高竞争领域的产品，则会带来我们所不期望的价格。

因此，希望能以经济有效的方式实现从具有相当限电流来源能力的多个装置中输出最大功率。

简而言之，本发明涉及一放大器电路，它是通过在各装置间降低容限，使较低功率的多个装置的总功率输出直接提高。第一级放大器接收输入信号并向负载提供驱动电压。第二级放大器设计成电压跟随器并从第一级放大器的输出端获得输入，且其输出耦合到负载上。第二级放大器的输出端大部分与第一级放大器相同。因此，两个放大器的输出几乎相同。在这种连接方式下，两个放大器中的任何一个的容差将降低，每一放大器将与其他放大器同时提供接近其最大的电流。

参照所给的唯一的附图，其中部分以方框图，部分以示意图形式示出按本发明设计的具有可驱动音频负载的功率放大器的电视接收机。

参照附图，通过广播接收天线10或另一适宜的信号源如：电缆系统、VCR接口接收的电视信号，在调谐器12中加以处理，选择有用信号并转换成可用中频级14处理的中频信号。全电视信号是由检波器16从中频信号中检出并供给视频级和色度级18及偏转处理级20。中频载波伴音信号被处理并通过伴音中频及检波器22检波以产生一随后由声频处理级24处理的声频信号。声频处理器24取得左边及右边的立体声信号，各立体声信号被放大以驱动例如扬声器、头戴耳机或听筒的转换器。在本实施例中，只绘了左边声道的图样;然而，右声道与左声道的示意电路图是完全一致的，故不再加以讨论。

在许多电视机中，设有头戴式耳机插孔以供观众个人收听;或者，如果需要，还可与所需附件如磁带式录音机相联。头戴式耳机和听筒实际上比扬声器所需的功率要小，但仍需一与低功率运算放大器相关的相当数量的驱动功率。集成电路被广泛地用于电视接收机且运算放大器集成电路对这一用途特别有效。不过，更为经济的集成电路就其本身而言没有足够的能力去驱动一副头戴式耳机达到足够的音量。因为，运算放大器集成电路在一个芯片上典型地有四个运算放大器，每一频道的并联配对的运算放大器同时提供有效的可驱动诸如头戴式耳机或听筒的低功率装置的途径。下文所讨论的驱动电路即为这类结构，且特别是克服如上文所述的与运算放大器的外部元件相关的匹配问题。这种驱动电路也可直接获得与低谐波及互调失真电平相一致的最大驱动输出。

尤其是，输入信号馈给运算放大器28的非倒相输入端26。其输出端30通过分压电阻32和34反馈至倒相输入端36上。在传统的电路结构中，从端子30上的输出仅是通过隔离电阻38耦合到声波转换器如由负载电阻40代表的头戴式耳机上。电视接收机制造厂家对于用户使用听筒或头戴式耳机并不限制。负载40可为任一一种具有例如8欧、32欧、250欧阻抗的通用式耳机。对如250欧的高阻抗负载，具体运算放大器28这样的运算放大器的陷流能力通常是足够的。然而，运算放大器28可能没有足够的电流来源及陷流能力去驱动低阻抗负载。因此，需提供一电流来源及陷流能力以产生足够的响度。这一困难已通过在图中所示的电路结构中附加的运算放大器42克服掉了。

运算放大器42与布置在同一芯片内的运算放大器28是相同的。来自端子30的输出信号馈至运算放大器42的非倒相输入端41，且在与前电路同一的增益电路结构中，将在端子44的输出信号反馈至倒相输入端45。运算放大器42的输出端44通过电阻46与负载40相接。

在此电路结构中，使用有同一电压增益的运算放大器42，其输出端44可准确地跟随输出端30给出的电压信号。也就是说，运算放大器42是在端子44输出电压信号并可准确跟踪输出端30的输出电压的电压跟随器。这实质上优于传统的在每个运算放大器上的每个放大器上设置匹配的反馈电阻的方法。在本发明电路中，这种在两个电路之间的公差问题得以避免。这样，反馈电阻32和34便可有效地作为确定运算放大器28、42的增益值的反馈电阻，而运算放大器42产生的电流与运算放大器28产生的电流基本相等，其结果可在较低的失真下获最大功率传输。

隔离电阻46和38分别与负载40串联，且最好为匹配的电阻。隔离电阻46和38与负载40及各自输出端44和30串联，同时防止运算放大器之间相互加载及防止运算放大器的诸如短路之类的不良现象。

本发明的电路结构适于任一种多级放大器，它以第n级来放大作为该级输入的、来自n-1级的输出。以这种方式，可使电路中的相关的运算放大器不至产生公差之类的问题，并且，每一运算放大器将与其他运算放大器同时产生最大电流陷流能力。

上述实施例中，运算放大器28和42每个均为国家半导体公司（National  semiconductor  Corporation）生产的LM324型运算放大器芯片的四分之一;电阻32、34分别为68K、10K;隔离电阻38、46均为82欧姆。这样，可对负载40提供41欧姆的输出阻抗。

Claims (5)

1、具有放大器电路的电视接收机，它包括：

具有一第一输入端子(26)及一第一输出端子(30)的一第一放大器装置(28)；

具有一第一输入端子(41)及一第二输出端子(44)的一第二级放大器(42)，其第二输入端(41)与第一级的输出端(30)相耦合，第一输出端(30)及第二输出端(44)并联耦合并容接一公共负载。

2、根据权利要求1的放大器电路，其特征在于第一、二级放大器（28、42）均为运算放大器。

3、根据权利要求1的放大器电路，其特征在于所述第一输入端（26）经耦合接收一声频信号。

4、根据权利要求3的放大器电路，其特征在于所述的输出端（30、44）与接收听筒和头戴式耳机之一耦合。

5、根据权利要求1的放大器电路，其特征在于：第二放大器装置（42）为第一放大器装置（28）输出端（30）上的信号的信号跟随器。

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