CN107105379A - 测量由声学放大器产生的致动声学扬声器的电流的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量由声学放大器产生的用于致动声学扬声器的电流的设备，该设备包括：电阻器(1)，串联放置在放大器与扬声器之间；电压‑电流转换器(3)，其输入端连接至电阻器(1)的端子，并且该转换器将跨越分流器的端子的电压差成比例地转换成信号电流；第一电流镜(7)，其输入端连接至电压‑电流转换器(3)的输出端并且其输出端连接至电流‑电压转换器(5)；恒定偏置电流发生器(9)，连接至电压‑电流转换器(3)的输入端，并且其输出端经由第二电流镜(11)连接至电流‑电压转换器(5)，并且能够产生偏置电流，使得设备以线性模式操作并且无饱和，而与声学放大器产生的电流无关。

Description

测量由声学放大器产生的致动声学扬声器的电流的设备

技术领域

本发明涉及用于测量由声学放大器产生的用于致动声学扬声器的电流的设备。

背景技术

在电声领域中，更具体地，在通过使用扬声器将电信号转换为声波来产生声音的领域，重要的是具有对这些扬声器消耗的电流的精确知识，即，电信号的瞬时电流向扬声器供电。

具体地，对于任何能量转换，该电声转换产生热量并且因此重要的是验证产生的热量保持在预定阈值以下。该参数在旨在利用声音填充大空间的专业扬声器中尤其重要，因为使用的能量的量相当大。耗散功率与电信号的RMS振幅/电流的平方成比例。因此，了解消耗多少电流使得能够计算出耗散的功率并且因此计算出发出多少热量。

电流的这种精确知识还有其它应用，例如扬声器的阻抗根据扩音器的频率和检测的精确知识。

为了测量该电信号电流，常规技术使用专用差分放大器，该差分放大器包括在输入端的电阻器(用于测量电流的分流器)，允许电流转换为电势差。

然而，这种类型的电流检测放大器本质上对存在于测量分流器上的共模电压敏感，因此如果要达到电声学中所需的精度水平，则需要使用昂贵的高精度差分放大器。

因此，真切需要克服这个缺点的设备用于测量电流，特别是能够控制测量对测量的电信号的影响，降低成本并且提高测量的敏感度和精度的设备。

发明内容

为了克服前述缺点的一个或多个，用于测量由声学放大器产生的用于致动声学扬声器的电流的设备包括：

·分流电阻器，串联放置在声学放大器与声学扬声器之间；

·电压-电流转换器，其输入端连接至分流电阻器的端子，该转换器能够将跨越分流器的端子的电压差成比例地转换成信号电流；

·第一电流镜，其输入端连接至电压-电流转换器的输出端并且其输出端连接至

·电流-电压转换器，使得电流-电压转换器的输出电压与信号电流成比例。

该设备另外包括连接至电压-电流转换器的输入端的恒定偏置电流发生器，并且其输出端经由第二电流镜连接至电流-电压转换器，该偏置电流发生器能够产生偏置电流，使得设备以线性模式操作并且无饱和，而与声学放大器产生的电流无关。

可以单独或组合使用的特定特征或实施方式如下：

·第一电流镜和第二电流镜包括：

·第一电阻器，以及

·第一偏置电压发生器，在输入信号连接与地面之间串联；

·运算放大器，其非反相输入端连接至第一电阻器的输入信号上游并且其反相输入端通过第二电阻器连接在第一电阻器与第一偏置电压发生器之间，并且其输出端连接至

·MOSFET晶体管的栅极，该MOSFET晶体管的源极连接至运算放大器的反相输入端，并且其产生镜像电流的漏极连接至输出焊盘；

·偏置电流发生器包括：

·第二电压发生器，能够在运算放大器的非反相输入端和第三、负偏置电压发生器之间产生参考电压(Vref)，其第二端子接地；以及

·运算放大器的反相输入端经由电阻器连接至第三电压发生器以及至n型MOSFET晶体管的源极，其漏极传递偏置电流至输出焊盘；

·电压-电流转换器包括：

·运算放大器，其反相输入端经由第二电阻器连接至分流电阻器的输入端，其非反相输入端直接连接至分流电阻器的输出端，并且其输出端连接至

·n型MOSFET晶体管的栅极，其源极连接至运算放大器的反相输入端并且其漏极传递信号电流。

附图说明

通过读取下面的描述将更好地理解本发明，该描述仅通过示例的方式给出并且参考附图，其中：

图1示出根据本发明的一个实施方式的测量设备的一般电路图；

图2示出图1的设备的信号电流镜的详细视图；

图3示出图1的设备的偏置电流镜的详细视图；以及

图4示出图1的设备的偏置电流源的详细视图。

具体实施方式

首先，将回想到，由声学放大器产生以便致动声学扬声器的电流具有在电流/电压方面的可变的AC电流和频率的特性，频率的范围从几Hz到约20kHz。

参考图1，用于测量由声学放大器产生以便致动声学扬声器的电流的设备包括串联放置在声学放大器与声学扬声器之间的分流电阻器1(分流器1)。该电阻器的欧姆值r非常低，约为2mΩ，以便仅最小程度地干扰电信号。

第一电压-电流转换由电压-电流转换器3执行，该电压-电流转换器的输入连接到分流电阻器的端子。转换器能够将分流电阻器1(分流器1)的端子的电压差成比例地转换成信号电流。

电压-电流转换器3的输出端经由第一电流镜7(也称为信号电流镜)连接至电流-电压转换器5。因此，电流-电压转换器5的输出电压与信号电流成比例。

此外，为了允许电路以线性模式连续操作并且无饱和，而与电流的方向和共模电压极性无关，该设备还包括恒定偏置电流发生器9。该偏置电流在下文中称作Ibias。

恒定偏置电流发生器9连接至电压-电流转换器3的输入端并且输出端经由第二电流镜11连接至电流-电压转换器5。

因此，偏置电流发生器9能够产生偏置电流使得设备以线性模式操作并且无饱和，与由声学放大器产生的电流无关。

现在将更详细地描述每个块的实施方式，随后解释其操作。

电压-电流转换器3包括：

·运算放大器13，其反相输入端经由欧姆值R1的第二电阻器15连接至分流电阻器1(分流器1)的输入端，其非反相输入端直接连接至分流电阻器1(分流器1)的输出端，并且其输出端连接至

·n型MOSFET晶体管17的栅极，其源极也连接至运算放大器的反相输入端并且其漏极传递信号电流。

第一电流镜7，称作信号电流镜，包括，图2：

·第一电阻器21，以及

·第一、正偏置电压发生器23，在输入信号连接与地面之间串联；

·运算放大器25，其非反相输入端连接至第一电阻器21的输入信号上游并且其反相输入端通过第二电阻器27连接在第一电阻器21与第一偏置电压发生器23之间，并且其输出端连接至

·p型MOSFET晶体管29的栅极，该MOSFET晶体管的源极连接至运算放大器的反相输入端，并且其产生信号镜电流的漏极连接至输出焊盘。

第二电流镜11的结构，图3，与第一电流镜7的结构相似。具体地，包括：

·第一电阻器31，以及

·第一、负偏置电压发生器33，在输入信号连接与地面之间串联；

·运算放大器35，其非反相输入端连接至第一电阻器31的输入信号上游并且其反相输入端通过第二电阻器37连接在第一电阻器31与第一偏置电压发生器33之间，并且其输出端连接至

·n型MOSFET晶体管39的栅极，所述MOSFET晶体管的源极连接至运算放大器的反相输入端，并且其产生偏压镜像电流的漏极连接至输出焊盘。

因此，两个电流镜之间的两个差异属于MOSFET晶体管的类型和电压发生器的偏置的符号。

最后，偏置电流发生器9包括，图4：

·第二电压发生器41，能够在运算放大器43的非反相输入端和第三负偏置电压发生器45之间产生参考电压(Vref)，其第二端子接地；以及

·运算放大器的反相输入端经由电阻器47连接至第三电压发生器45以及至

·n型MOSFET晶体管49的源极，其漏极传递偏置电流至输出焊盘。

电流-电压转换器5包括，图1，在输入端的电阻器51，该电阻器与运算放大器53的反相输入端串联连接，该运算放大器的非反相输入端接地。运算放大器53的输出端经由电阻器55环回到其反相输入端。

因此，在操作中，信号电流和恒定偏置电流相加在一起并且遵循在第一电流镜7中组成的“信号路径”。

偏置电流还通过包括偏置电流发生器9和第二电流镜11的“偏置路径”执行。

另外，在电流-电压转换器5的输入端，“信号路径”和“偏置路径”的电流相加在一起，但是由于偏置电流在这两个路径上沿相反方向流动，在电流-电压转换器的输入端处被抵消。

应注意，已描述仅使用常规组件的测量电路。

通常，运算放大器是低噪声运算放大器并且以相对低的增益水平操作。

还应注意，其中在电流-电压转换器的输入端处抵消偏置电流的操作也提供了从MOSFET晶体管去除寄生电流的优点。

此外，与基于电压检测的差分组件(differential assembly)相比，使用受控电流源本质上限制了共模电压的影响。

因此，应当注意，已经描述了特别好地适合于电声领域的低成本测量设备。

组件还能够测量零频电流(DC电流)。由于其对共模电压的高抗扰度，即使在存在弱激励信号的情况下，也允许具有良好信噪比的扬声器检测。由于组件的通带主要受运算放大器的性能的限制，因此允许高频率的使用。这个特性在音频频域中提供低电平的衰减和在高频范围内的信号的小的相移。组件允许获得快速的电流保护。由于其高可靠性水平，它可以用于利用电流控制扬声器(产生跨导放大器)。

已经在附图和上面的描述中详细地示出和描述了本发明。这应当被认为是说明性的并且作为实例提供，而不是将本发明限制于该单个描述。许多变型实施方式是可能的。

在权利要求中，单词“包括(comprising)”不排除其他元件，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。

Claims (4)

1.一种用于测量由声学放大器产生的用于致动声学扬声器的电流的设备，包括：

·分流电阻器(1)，串联放置在所述声学放大器与所述声学扬声器之间；

·电压-电流转换器(3)，所述电压-电流转换器(3)的输入端连接至所述分流电阻器(1)的端子，所述电压-电流转换器(3)能够将跨越所述分流电阻器(1)的端子的电压差成比例地转换成信号电流；

·第一电流镜(7)，所述第一电流镜(7)的输入端连接至所述电压-电流转换器(3)的输出端，并且所述第一电流镜(7)的输出端连接至

·电流-电压转换器(5)，使得所述电流-电压转换器(5)的输出电压与所述信号电流成比例；

所述设备另外包括：

·恒定偏置电流发生器(9)，连接至所述电压-电流转换器(3)的输入端，并且所述恒定偏置电流发生器(9)的输出端经由第二电流镜(11)连接至所述电流-电压转换器(5)，所述恒定偏置电流发生器(9)能够产生偏置电流，使得所述设备以线性模式操作并且无饱和，而与所述声学放大器产生的电流无关。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一电流镜和所述第二电流镜包括：

·第一电阻器(21，31)，以及

·第一偏置电压发生器(23，33)，在输入信号连接与地面之间串联；

·第一运算放大器(25，35)，所述第一运算放大器(25，35)的非反相输入端连接至所述第一电阻器的输入信号上游，并且所述第一运算放大器(25，35)的反相输入端通过第二电阻器(27，37)连接在所述第一电阻器与所述第一偏置电压发生器之间，并且所述第一运算放大器(25，35)的输出端连接至

·MOSFET晶体管(29，39)的栅极，所述MOSFET晶体管的源极连接至所述第一运算放大器的反相输入端，并且产生镜像电流的所述MOSFET晶体管的漏极连接至输出焊盘。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述恒定偏置电流发生器包括：

·第二电压发生器(41)，能够在第二运算放大器(43)的非反相输入端和第三负偏置电压发生器(45)之间产生参考电压Vref，所述第三负偏置电压发生器(45)的第二端子接地；

以及

·所述第二运算放大器的反相输入端经由第三电阻器(47)连接至所述第三负偏置电压发生器以及连接至

·第一n型MOSFET晶体管(49)的源极，所述第一n型MOSFET晶体管(49)的漏极传递所述偏置电流至输出焊盘。

4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的设备，其中，所述电压-电流转换器包括：

·第三运算放大器(13)，所述第三运算放大器(13)的反相输入端经由第四电阻器(15)连接至所述分流电阻器(1)的输入端，所述第三运算放大器(13)的非反相输入端直接连接至所述分流电阻器的输出端，并且所述第三运算放大器(13)的输出端连接至

·第二n型MOSFET晶体管(17)的栅极，所述第二n型MOSFET晶体管(17)的源极连接至所述第三运算放大器(13)的反相输入端并且所述第二n型MOSFET晶体管(17)的漏极传递所述信号电流。