CN108183690A - 一种音频电压跟随电路 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种音频电压跟随电路，涉及音频电子技术领域。所述音频电压跟随电路包括：声道峰值检波电路、峰值包络检波电路、阻抗变换电路和动态升压电路；所述声道峰值检波电路的输入端接收音频输入信号，输出端与所述峰值包络检波电路的输入端连接；所述峰值包络检波电路的输出端与所述阻抗变换电路的输入端连接；所述阻抗变换电路的输出端与所述动态升压电路的输入端连接；所述动态升压电路的输出端为所述音频电压跟随电路的输出端。本发明实施例所述的音频电压跟随电路将音频信号的变化转化为对阻抗的变化来进行控制，根据阻抗的变化调整输出电压，实现了输出电压对输入音频信号的跟随，有效地提高了功率放大器的效率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及音频电子技术领域，特别是一种音频电压跟随电路。
背景技术
当前电子产品发展，也越来越趋向于小型化以及便携化，而对于小型化以及便携化的产品，也大多数采用电池供电，为保证产品有足够工作时间，也对产品的效率提出更高的要求。在当前电子产品的音频系统中，功率放大器是整个音频的核心，是整个系统中消耗能量最大的部分，它的效率的高低，也决定了整个音频系统效率的高低，因此它的效率是影响整机效率的决定因素，所以，如何提高功率放大器的效率成为当前功放研究的重点。
目前，常见的提高功率放大器效率的技术一是把模拟功率放大器变为数字功率放大器，也就是把AB类变为D类或E类；二是采用多音圈技术，根据功率的大小逐步导通各个音圈。对于第一种方法，技术已非常成熟，对效率的提升已做到了极致，已没有多大的提升空间；而第二种方法，对功率放大器及相对应算法有非常高的要求，而且对多音圈的喇叭的要求也非常高，造成的成本的居高不下。
发明人在研究本申请的过程中发现，现有技术中至少存在以下技术问题：目前的音频功率放大器的供电，无论输入信号大小与否，都是按最大功率的需求来供电，而高功率需要高电压，但电压越高，电流消耗就越大，效率就越低。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是，功率放大器的供电效率较低。
为了解决上述技术问题，本发明实施例所述的一种音频电压跟随电路采用了如下所述的技术方案：
一种音频电压跟随电路，包括：声道峰值检波电路、峰值包络检波电路、阻抗变换电路和动态升压电路；
所述声道峰值检波电路的输入端接收音频输入信号，输出端与所述峰值包络检波电路的输入端连接；所述峰值包络检波电路的输出端与所述阻抗变换电路的输入端连接；所述阻抗变换电路的输出端与所述动态升压电路的输入端连接；所述动态升压电路的输出端为所述音频电压跟随电路的输出端。
进一步，所述的音频电压跟随电路，所述声道峰值检波电路包括：左声道峰值检波电路和右声道峰值检波电路；
所述左声道峰值检波电路用于检出左声道音频输入信号的正向峰值信号并输出到峰值包络检波电路；
所述右声道峰值检波电路用于检出右声道音频输入信号的正向峰值信号并输出到峰值包络检波电路。
进一步，所述的音频电压跟随电路，所述左声道峰值检波电路包括：电阻R3、电阻R7、电阻R11、电阻R13、电容C1、二极管D2、运算放大器U21；
所述运算放大器U21的第3引脚通过所述电阻R3和所述电容C1接左声道音频输入信号，所述运算放大器U21的第3引脚还通过所述电阻R7接地；
所述运算放大器U21的第2引脚通过所述电阻R13接地，所述运算放大器U21的第2引脚还通过所述电阻R11连接所述峰值包络检波电路的输入端；
所述运算放大器U21的第1引脚连接所述二极管D2的正极，通过所述二极管D2连接所述峰值包络检波电路的输入端；
所述运算放大器U21的第8引脚接电源输入；所述运算放大器U21的第4引脚接地。
进一步，所述的音频电压跟随电路，所述右声道峰值检波电路包括：电阻R2、电阻R5、电阻R8、电阻R10、电容C2、二极管D3、运算放大器U22；
所述运算放大器U22的第5引脚通过所述电阻R8和电容C2接右声道音频输入信号，所述运算放大器U22的第5引脚还通过所述电阻R10接地；
所述运算放大器U22的第2引脚通过所述电阻R5接地，所述运算放大器U22的第2引脚还通过所述电阻R2连接所述峰值包络检波电路的输入端；
所述运算放大器U22的第7引脚连接所述二极管D3的正极，通过所述二极管D3连接所述峰值包络检波电路的输入端。
进一步，所述的音频电压跟随电路，所述峰值包络检波电路用于检出所述声道峰值检波电路输出的正向峰值信号的峰值包络，并转换为直流电压输出到所述阻抗变换电路。
进一步，所述的音频电压跟随电路，所述峰值包络检波电路包括：电阻R1、电阻R12、电容C3、二极管D1、运算放大器U11；
所述运算放大器U11的第3引脚与所述声道峰值检波电路的输出端连接，所述运算放大器U11的第3引脚还通过所述电阻R1接地；
所述运算放大器U11的第2引脚和第1引脚连接所述二极管D1的正极，通过所述二极管D1连接所述阻抗变换电路的输入端；
所述运算放大器U11的第8引脚接电源输入；运算放大器U11第4引脚接地；
所述二极管D1的负极还通过并联的电阻R12和电容C3接地。
进一步，所述的音频电压跟随电路，所述阻抗变换电路用于将所述峰值包络检波电路输出的直流电压转换为相对应的阻抗并输出到所述动态升压电路。
进一步，所述的音频电压跟随电路，所述阻抗变换电路包括：电阻R4、电阻R6、电阻R9、电阻R16、MOS管Q1、运算放大器U12；
所述运算放大器U12的第5引脚连接峰值包络检波电路的输出端；
所述运算放大器U12的第6引脚通过所述电阻R9接地，所述运算放大器U12的第6引脚还与所述MOS管Q1的源极S连接；
所述运算放大器U12的第7引脚通过所述电阻R4和所述电阻R6接地，所述运算放大器U12的第7引脚还通过所述电阻R4与所述MOS管Q1的栅极G连接；
所述MOS管Q1的漏极D通过所述电阻R16与动态升压电路的输入端连接。
进一步，所述的音频电压跟随电路，所述动态升压电路包含一个升压集成电路U3，所述动态升压电路用于根据所述阻抗变换电路反馈的阻抗输入自动调整输出电压。
与现有技术相比，本发明实施例主要有以下有益效果：
本发明实施例公开了一种音频电压跟随电路，涉及音频电子技术领域。所述音频电压跟随电路包括：声道峰值检波电路、峰值包络检波电路、阻抗变换电路和动态升压电路；所述声道峰值检波电路的输入端接收音频输入信号，输出端与所述峰值包络检波电路的输入端连接；所述峰值包络检波电路的输出端与所述阻抗变换电路的输入端连接；所述阻抗变换电路的输出端与所述动态升压电路的输入端连接；所述动态升压电路的输出端为所述音频电压跟随电路的输出端。本发明实施例所述的音频电压跟随电路将音频信号的变化转化为对阻抗的变化来进行控制，根据阻抗的变化自动地调整输出电压，从而实现了输出电压对输入音频信号的跟随，有效地提高了功率放大器的效率。
附图说明
图1为本发明实施例音频电压跟随电路的结构框图。
图2为本发明实施例声道峰值检波电路的结构框图。
图3为本发明实施例音频电压跟随电路的电路原理图。
附图标记说明：
1-声道峰值检波电路、2-峰值包络检波电路、3-阻抗变换电路、4-动态升压电路、11-左声道峰值检波电路、12-右声道峰值检波电路。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
参考图1，为本发明实施例音频电压跟随电路的结构框图。所述音频电压跟随电路包括：声道峰值检波电路1、峰值包络检波电路2、阻抗变换电路3和动态升压电路4。
声道峰值检波电路1的输入端接收音频输入信号，输出端与峰值包络检波电路2的输入端连接；峰值包络检波电路的输入端与声道峰值检波电路1的输出端连接，峰值包络检波电路2的输出端与阻抗变换电路3的输入端连接；阻抗变换电路3的输入端与峰值包络检波电路2的输出端连接，阻抗变换电路3的输出端与动态升压电路4的输入端连接；动态升压电路4的一个输入端与阻抗变换电路3的输出端连接，动态升压电路4的输出端进行电压输出。电源输入接入所述音频电压跟随电路用于对整个电路供电。
图2为本发明实施例声道峰值检波电路的结构框图。结合图2所示，所述声道峰值检波电路1包括：左声道峰值检波电路11和右声道峰值检波电路12。左声道的音频信号输入左声道峰值检波电路11，右声道的音频信号输入右声道峰值检波电路12，左声道峰值检波电路11和右声道峰值检波电路12分别对左声道和右声道的音频信号放大及检出正向峰值信号，并输出到峰值包络检波电路2。
峰值包络检波电路2接收到左声道峰值检波电路11和右声道峰值检波电路12的输出信号后，将这两个输出信号合成一个信号，并检出该信号的峰值包络，然后输出到阻抗变换电路3。
阻抗变换电路3接收到峰值包络信号后，将峰值包络信号转换成相对应的阻抗，并将此阻抗加载到到动态升压电路4。然后动态升压电路4根据加载的阻抗的变化来自动调整输出电压，并将此电压加载到功率放大器。
本发明实施例所述的音频电压跟随电路通过所述工作过程，将音频信号的变化转化为对阻抗的变化来进行控制，根据阻抗的变化自动地调整输出电压，从而实现了输出电压对输入音频信号的跟随。
参考图3，为本发明实施例音频电压跟随电路的电路原理图。所述音频电压跟随电路包括：左声道峰值检波电路11、右声道峰值检波电路12、峰值包络检波电路2、阻抗变换电路3和动态升压电路4。
所述左声道峰值检波电路11包括：电阻R3、电阻R7、电阻R11、电阻R13、电容C1，二极管D2，运算放大器U21。电容C1的一端接左声道音频输入信号，另一端接电阻R3；电阻R3一端接电容C1，另一端通过电阻R7接地，所述电阻R3的另一端还与运算放大器U21的第3引脚连接。运算放大器U21的第2引脚通过电阻R13接地，所述运算放大器U21的第2引脚还与电阻R11连接；运算放大器U21的第1引脚接二极管D2的正极；运算放大器U21的第8引脚接电源输入；运算放大器U21的第4引脚接地。电阻R11一端接运算放大器U21的第2引脚，另一端与峰值包络检波电路2的输入端连接；二极管D2的负极连接峰值包络检波电路2的输入端。所述左声道峰值检波电路11，对左声道的音频输入信号进行放大并检波，检出左声道的正向峰值进行输出。
所述右声道峰值检波电路12包括：电阻R2、电阻R5、电阻R8、电阻R10、电容C2、二极管D3、运算放大器U22。电容C2的一端接左声道音频输入信号，另一端接电阻R8；电阻R8一端接电容C2，另一端与运算放大器U22的第5引脚连接，所述另一端还通过电阻R10接地；所述电阻R10的另一端还与运算放大器U22的第5引脚连接。运算放大器U22的第5引脚通过电阻R5接地，所述运算放大器U22第5引脚还与电阻R2连接；运算放大器U22的第7引脚接二极管D3的正极。运算放大器U21和运算放大器U22属于同一个集成电路，共用同一电源输入。电阻R2一端接运算放大器U22的第6引脚，另一端与峰值包络检波电路2的输入端连接；二极管D3的负极接峰值包络检波电路2的输入端。所述右声道峰值检波电路12，对右声道的音频输入信号进行放大并检波，检出右声道的正向峰值进行输出。
所述峰值包络检波电路2包括：电阻R1、电阻R12、电容C3、二极管D1、运算放大器U11。电阻R1一端接左声道峰值检波电路11与右声道峰值检波电路12的输出端以及运算放大器U11的第3引脚，电阻R1的另一端接地。运算放大器U11的第2引脚与它的第1引脚连接二极管D1的正极；运算放大器U11的第8引脚接电源输入；运算放大器U11第4引脚接地。二极管D1的负极通过并联的电容C3和电阻R12接地，并且与阻抗变换电路3的输入端连接。并联的电容C3与电阻R12一端与运算放大器U11的第1引脚以及阻抗变换电路3的输入端连接，另一端接地。所述峰值包络检波电路2，用于将左声道峰值检波电路11和右声道峰值检波电路12的输出信号合为一路，并将该信号的峰值包络提取出来，转换成相对应的直流电压输出给阻抗变换电路3。
所述阻抗变换电路3包括：电阻R4、电阻R6、电阻R9、电阻R16、MOS管Q1、运算放大器U12。运算放大器U12的第5引脚接峰值包络检波电路2的输出端；运算放大器U12的第6引脚通过电阻R9接地，且接入MOS管Q1的源极S；运算放大器U12第7引脚接电阻R4。运算放大器U11和运算放大器U12属于同一个集成电路，共用同一电源输入。电阻R4一端接运算放大器U12的第7引脚，另一端通过电阻R6接地，且连入MOS管Q1的栅极G。MOS管Q1的栅极G接电阻R4和电阻R6；MOS管Q1的源极S接电阻R9以及运算放大器U12第6引脚；MOS管Q1的漏极D通过电阻R16与动态升压电路4的输入端连接。所述阻抗变换电路3，将接收到峰值包络信号电压转换成相对应的阻抗反馈给动态升压电路4。
所述的动态升压电路4包含一个升压集成电路U3及其相对应的外围电路；升压集成电路U3通过连接输入电源工作。本发明实施例所述的升压集成电路U3的优选型号为TPS61088。所述动态升压电路4根据获取的阻抗变换电路3反馈的阻抗输入来自动地调整输出电压。
本发明实施例所述的音频电压跟随电路工作过程如下：
音频信号的左声道信号通过电容C1输入左声道峰值检波电路11，所述的左声道峰值检波电路11对左声道的音频输入信号进行放大并检波，检出左声道的正向峰值。其中电容C1起到隔直流的作用，电阻R3与电阻R7用于对输入的音频信号进行分压，通过调整电阻R3与电阻R7的比值，可以改变输入信号的大小，以防止输入信号的过载；运算放大器U21与二极管D2、电阻R11、电阻R13组成一个正向峰值检测电路，二极管D2的作用是检出正向峰值，另外调整电阻R11与电阻R13的比值可调整此电路的放大倍数，从而可调整整个电路的起控阀值，放大倍数越大，起控阀值越低，放大倍数越小，起控阀值越高。
音频信号的右声道信号通过电容C2输入右声道峰值检波电路12，所述的右声道峰值检波电路12对右声道的音频输入信号进行放大并检波，检出右声道的正向峰值。右声道峰值检波电路12的工作原理与左声道峰值检波电路11原理相同。
音频信号经过左声道峰值检波电路11和右声道峰值检波电路12后，输入到峰值包络检波电路2。所述峰值包络检波电路2将左声道峰值检波电路11和右声道峰值检波电路12输出的信号合为一路，并将信号的峰值包络提取出来，转换成相对应的直流电压。其中运算放大器U11用于将左声道峰值检波电路11和右声道峰值检波电路12输出的信号合一路，它的放大倍数为一倍；电阻R12、电容C3与二极管D1组成了一个正向峰值包络追踪电路，电阻R12和电容C3组成一个RC滤波电路，所述RC滤波回路有两个作用：一是作为检波器的负载，在两端产生解调输出信号包络电压；二是滤除检波电流中的高频分量。为此，所述RC滤波回路中必须满足1/2πfC<<R,其中f为输入信号的最低频率。信号来临时，如果电压处于上升阶段，信号开始通过二极管D1向电容C3充电，由于二极管D1的正向阻抗非常小，电容C3上的电压是随着信号上升而上升，如果输入信号的电压下降，电容C3开始通过电阻R12放电，因电阻R12的电阻非常大，在下一个电压上升周期来临之前，电容C3上的电压几乎没有什么下降，过程循环往复，电容C3上获得与包络(输入信号)相一致的电压波形，有很小的起伏，故称包络检波；检波过程的实质是信号通过二级管D1向负载电容C3充电和负载电容C3对负载电阻R12放电的过程，充电时间常数为Rd*C3，Rd为二极管正向导通电阻，放电时间常数为R12*C3，通常R12>Rd,因此对电容C3而言充电快、放电慢，经过若干个周期后，检波器的输出电压在充放电过程中逐步建立起来，该电压对二极管D1形成一个大的负电压，从而使二极管D1在输入电压的峰值附近才导通，导通时间很短，导通电流很小，当电容C3的充放电达到动态平衡后，它的电压是按信号周期作锯齿状波动，其平均值是稳定的，且变化规律与输入信号的包络变化规律相同，从而实现了对输入信号包络的跟踪。
信号经过峰值包络检波电路2后，输出到阻抗变换电路3。所述阻抗变换电路3将接收到的峰值包络信号电压转换成相对应的阻抗。阻抗变换电路3接收到信号峰值包络电压后，通过动算放大器U12的隔离，从它的第7引脚输出，再通过电阻R4和电阻R6的分压后，加入到MOS管Q1的栅极G，同时MOS管Q1的源极S接到运算放大器U12的第6引脚，从而形成MOS管Q1的VGS电压，让MOS管Q1导通，VGS电压越低，MOS管Q1就导通越不充分，它的漏极D与源极S上的阻抗就越高，VGS电压越高，MOS管Q1就导通越充分，它的漏极D与源极S上的阻抗就越低，从而实现电压对阻抗的变换；其中调整电阻R4和电阻R6分压比，可调整MOS管Q1的导通门限值，从而可调整整个电路的起控阀值；另外也可调整电阻R9和电阻R16的电阻值，从而调整整个反馈回路的阻抗值。
信号经过阻抗变换电路3后，输入到动态升压电路4。所述动态升压电路4，接收到阻抗变换电路3的输出信号后，根据阻抗的变化来自动调整输出电压，阻抗越小，输出电压越高，阻抗越大，输出电压越低，从而实现输出电压对输入信号的跟随的目的。
本发明实施例音频电压跟随电路，左声道峰值检波电路11、右声道峰值检波电路12、峰值包络检波电路2、阻抗变换电路3与动态升压电路4配合工作，通过跟随输入信号的峰值包络实现了对功率放大器供电电压的控制，当输入信号小时，供电电压就低，当输入信号大时，供电电压就高，功率放大器供电电压根据输入信号的大小而动态变化，实时地调整功率放大器的工作电压，小信号时用低电压工作，大信号时用高电压工作，改变了无论输出功率大与小都用同一种电压供电的方式，极大的提高了功率放大器的效率；另外使用非常简洁的电路实现了功率放大器工作电压对输入音频信号的跟随，一方面节省了成本，另一方面也提高工作的可靠性。
本发明不限于上述实施方式，以上所述是本发明的优选实施方式，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些等价形式的改进和修饰也应视为包括在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种音频电压跟随电路，其特征在于，包括：声道峰值检波电路、峰值包络检波电路、阻抗变换电路和动态升压电路；
所述声道峰值检波电路的输入端接收音频输入信号，输出端与所述峰值包络检波电路的输入端连接；所述峰值包络检波电路的输出端与所述阻抗变换电路的输入端连接；所述阻抗变换电路的输出端与所述动态升压电路的输入端连接；所述动态升压电路的输出端为所述音频电压跟随电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的音频电压跟随电路，其特征在于，所述声道峰值检波电路包括：左声道峰值检波电路和右声道峰值检波电路；
所述左声道峰值检波电路用于检出左声道音频输入信号的正向峰值信号并输出到峰值包络检波电路；
所述右声道峰值检波电路用于检出右声道音频输入信号的正向峰值信号并输出到峰值包络检波电路。
3.根据权利要求2所述的音频电压跟随电路，其特征在于，所述左声道峰值检波电路包括：电阻R3、电阻R7、电阻R11、电阻R13、电容C1、二极管D2、运算放大器U21；
所述运算放大器U21的第3引脚通过所述电阻R3和所述电容C1接左声道音频输入信号，所述运算放大器U21的第3引脚还通过所述电阻R7接地；
所述运算放大器U21的第2引脚通过所述电阻R13接地，所述运算放大器U21的第2引脚还通过所述电阻R11连接所述峰值包络检波电路的输入端；
所述运算放大器U21的第1引脚连接所述二极管D2的正极，通过所述二极管D2连接所述峰值包络检波电路的输入端；
所述运算放大器U21的第8引脚接电源输入；所述运算放大器U21的第4引脚接地。
4.根据权利要求2所述的音频电压跟随电路，其特征在于，所述右声道峰值检波电路包括：电阻R2、电阻R5、电阻R8、电阻R10、电容C2、二极管D3、运算放大器U22；
所述运算放大器U22的第5引脚通过所述电阻R8和电容C2接右声道音频输入信号，所述运算放大器U22的第5引脚还通过所述电阻R10接地；
所述运算放大器U22的第2引脚通过所述电阻R5接地，所述运算放大器U22的第2引脚还通过所述电阻R2连接所述峰值包络检波电路的输入端；
所述运算放大器U22的第7引脚连接所述二极管D3的正极，通过所述二极管D3连接所述峰值包络检波电路的输入端。
5.根据权利要求1所述的音频电压跟随电路，其特征在于，所述峰值包络检波电路用于检出所述声道峰值检波电路输出的正向峰值信号的峰值包络，并转换为直流电压输出到所述阻抗变换电路。
6.根据权利要求5所述的音频电压跟随电路，其特征在于，所述峰值包络检波电路包括：电阻R1、电阻R12、电容C3、二极管D1、运算放大器U11；
所述运算放大器U11的第3引脚与所述声道峰值检波电路的输出端连接，所述运算放大器U11的第3引脚还通过所述电阻R1接地；
所述运算放大器U11的第2引脚和第1引脚连接所述二极管D1的正极，通过所述二极管D1连接所述阻抗变换电路的输入端；
所述运算放大器U11的第8引脚接电源输入；运算放大器U11第4引脚接地；
所述二极管D1的负极还通过并联的电阻R12和电容C3接地。
7.根据权利要求5所述的音频电压跟随电路，其特征在于，所述阻抗变换电路用于将所述峰值包络检波电路输出的直流电压转换为相对应的阻抗并输出到所述动态升压电路。
8.根据权利要求7所述的音频电压跟随电路，其特征在于，所述阻抗变换电路包括：电阻R4、电阻R6、电阻R9、电阻R16、MOS管Q1、运算放大器U12；
所述运算放大器U12的第5引脚连接峰值包络检波电路的输出端；
所述运算放大器U12的第6引脚通过所述电阻R9接地，所述运算放大器U12的第6引脚还与所述MOS管Q1的源极S连接；
所述运算放大器U12的第7引脚通过所述电阻R4和所述电阻R6接地，所述运算放大器U12的第7引脚还通过所述电阻R4与所述MOS管Q1的栅极G连接；
所述MOS管Q1的漏极D通过所述电阻R16与动态升压电路的输入端连接。
9.根据权利要求1所述的音频电压跟随电路，其特征在于，所述动态升压电路包含一个升压集成电路U3，所述动态升压电路用于根据所述阻抗变换电路反馈的阻抗输入自动调整输出电压。
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