CN109982205B - 一种小功率功放动态偏置电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种小功率功放动态偏置电路，属于功放电路领域。本发明包括电源、低通滤波电路、运算放大器、镜像恒流源、三极管互补推挽输出电路，其中，所述运算放大器的输入端与低通滤波电路的输出端相连，所述运算放大器的输出端与三极管互补推挽输出电路的输入端相连，所述三极管互补推挽输出电路与镜像恒流源相连，所述电源为所述运算放大器、镜像恒流源、三极管互补推挽输出电路提供电源电压。本发明的有益效果为：能够使音频设备失真度低，转换速率高，输出阻抗低和推动电流大。
Description
技术领域
本发明涉及一种功放电路结构，尤其涉及一种小功率功放动态偏置电路。
背景技术
一般的音频前级系统DAC buffer输出级，前级放大器，耳机放大器使用的小功率模拟功率放大器互补推挽输出中，偏置电路起着非常重要的作用。它决定了放大器的工作状态，并在很大程度上影响输出级的失真和稳定。
目前一般为静态偏置电路，静态偏置是指为输出级提供固定的不随输入信号或输出信号改变的偏置。这种偏置电路最常见的是恒压偏置电路，如图1所示。其中图1是利用二极管的正向压降获得偏压，因为偏压不能精确调整且内阻较大，应用受到限制。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种小功率功放动态偏置电路。
本发明包括电源、低通滤波电路、运算放大器、镜像恒流源、三极管互补推挽输出电路，其中，所述运算放大器的输入端与低通滤波电路的输出端相连，所述运算放大器的输出端与三极管互补推挽输出电路的输入端相连，所述三极管互补推挽输出电路与镜像恒流源相连，所述电源为所述运算放大器、镜像恒流源、三极管互补推挽输出电路提供电源电压。
本发明作进一步改进，还包括直流偏置调零电路，其中，所述直流偏置调零电路的输入端与电源输出端相连，所述直流偏置调零电路的输出端与运算放大器的电源输入端相连。
本发明作进一步改进，所述直流偏置调零电路包括电阻R4和可调电阻VR1，运算放大器OPAMP包括8个引脚，其中，引脚2为反相输入端，引脚3为正相输入端，引脚6为输出端，引脚4为电源接地端，引脚5、1、7、8为电源引脚，所述可调电阻VR1的一端与运算放大器OPAMP的电源引脚1相连，所述可调电阻VR1的另一端与运算放大器OPAMP的电源引脚8相连，所述可调电阻VR1的可调端与所述电阻R4的一端相连，所述电阻R4的另一端与负极电源-VACC相连，所述运算放大器OPAMP的引脚7接正极电源+VACC，运算放大器OPAMP的电源引脚5悬置。
本发明作进一步改进，还包括高频补偿电路，所述高频补偿电路的输入端与三极管互补推挽输出电路的输出端相连。
本发明作进一步改进，所述高频补偿电路包括电阻R16和电容C5，所述电阻R16和电容C5串联后，一端与三极管互补推挽输出电路的输出端相连，另一端接地。
本发明作进一步改进，所述低通滤波电路包括电阻R5、电阻R9、电阻R14、电阻R17、电容C3、电容C4、电容C1，其中，第一输入信号DAC L-通过电阻R9与运算放大器OPAMP 的反相输入端相连，所述第二输入信号DAC L+通过电阻R14与运算放大器OPAMP的正相输入端相连，所述电阻R5和电容C1并联后一端与运算放大器OPAMP的反相输入端相连，另一端与三极管互补推挽输出电路输出端相连，所述电容C3的一端与第二输入信号DAC L+ 输出端相连，所述电阻R17和电容C4的一端与运算放大器OPAMP的正相输入端相连，所述电容C3、电阻R17和电容C4的另一端分别接地。
本发明作进一步改进，所述三极管互补推挽输出电路为交叉式钻石电路。
本发明作进一步改进，还包括对所述交叉式钻石电路的电流进行检测的检测电路，其中，所述交叉式钻石电路包括三极管Q6、三极管Q4、三极管Q7、三极管Q10、所述检测电路包括三极管Q13、三极管Q14、电阻7和电阻R24，所述三极管Q6和三极管Q7的基极分别通过电阻R12与运算放大器的输出端相连，所述三极管Q6的发射极分别与镜像恒流源输入端、三极管Q4的基极和三极管Q13的集电极相连，所述三极管Q6的集电极与负极电源 -VACC相连，所述三极管Q4的集电极与正极电源+VACC相连，所述三极管Q4的发射极为输出端，所述三极管Q13的基极和电阻R7的一端接镜像恒流源输出端，所述三极管Q13的发射极和电阻R7的另一端相接后接所述三极管Q14的发射极和电阻R24的另一端，所述三极管Q7的发射极分别与镜像恒流源输入端、三极管Q10的基极和三极管Q14的集电极相连，所述三极管Q7的集电极与正极电源+VACC相连，所述三极管Q10的集电极与负极电源-VACC 相连，所述三极管Q10的发射极为输出端，所述三极管Q14的基极和电阻R24的一端接镜像恒流源输出端。
本发明作进一步改进，所述小功率功放动态偏置电路还包括设置在所述交叉式钻石电路输出端，分别对三极管Q4和三极管Q10过流保护的过流保护电路，所述过流保护电路包括开关二极管D1、三极管Q5、三极管Q8、电阻R8和电阻R15，其中，所述开关二极管的共端分别与三极管Q5的发射极和三极管Q8的发射极相连，所述开关二极管的另外两个引脚分别通过电阻R12与运算放大器的输出端相连，所述三极管Q5的集电极与三极管Q4的基极相连，所述三极管Q5的基极分别与三极管Q4的发射极和电阻R8的一端相连，所述电阻R8的另一端为输出端，所述三极管Q8的集电极与三极管Q10的基极相连，所述三极管 Q8的基极分别与三极管Q10的发射极和电阻R15的一端相连，所述电阻R15的另一端为输出端。
本发明作进一步改进，所述镜像恒流源包括三极管Q3、三极管Q9、电阻R2、电阻R3、电阻R18和电阻R19，其中，所述三极管Q3包括基极对接的三极管Q3-A和三极管Q3-B，所述三极管Q9包括基极对接的三极管Q9-A和三极管Q9-B，所述三极管Q3-A的集电极与三极管Q6的发射极相连，发射极通过电阻R3接正极电源+VACC，所述三极管Q3-B的集电极分别与基极和三极管Q13的基极相连，发射极通过电阻R2接正极电源+VACC，所述三极管Q9-A的集电极与三极管Q7的发射极相连，发射极通过电阻R19接负极电源-VACC，所述三极管Q9-B的集电极分别与基极和三极管Q14的基极相连，发射极通过电阻R18接负极电源-VACC。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够使音频设备失真度低，转换速率高，输出阻抗低和推动电流大。
附图说明
图1为现有技术偏置电路原理图；
图2为本发明电路框图；
图3为本发明电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图2所示，本发明采用动态偏置电路，即输出级静态电流随输出的变化而变化。用于改善静态偏置电路的开关失真，和功率放大器的效率。电路架构由低噪声运算放大器加中功率三极管互补推挽输出。
具体的，本发明包括电源、低通滤波电路、运算放大器、镜像恒流源、三极管互补推挽输出电路，其中，所述运算放大器的输入端与低通滤波电路的输出端相连，所述运算放大器的输出端与三极管互补推挽输出电路的输入端相连，所述三极管互补推挽输出电路与镜像恒流源相连，所述电源为所述运算放大器、镜像恒流源、三极管互补推挽输出电路提供电源电压。还包括直流偏置调零电路，调整运算放大器输出端的直流电压。其中，所述直流偏置调零电路的输入端与电源输出端相连，所述直流偏置调零电路的输出端与运算放大器的电源输入端相连。
优选的，还包括高频补偿电路，防止三极管Q4和三极管Q10输出级高频自激。所述高频补偿电路的输入端与三极管互补推挽输出电路的输出端相连。
如图3所述，所述直流偏置调零电路包括电阻R4和可调电阻VR1，运算放大器OPAMP包括8个引脚，其中，引脚2为反相输入端，引脚3为正相输入端，引脚6为输出端，引脚4为电源接地端，引脚5、1、7、8为电源引脚，所述可调电阻VR1的一端与运算放大器 OPAMP的电源引脚1相连，所述可调电阻VR1的另一端与运算放大器OPAMP的电源引脚8 相连，所述可调电阻VR1的可调端与所述电阻R4的一端相连，所述电阻R4的另一端与负极电源-VACC相连，所述运算放大器OPAMP的引脚7接正极电源+VACC，运算放大器OPAMP 的电源引脚5悬置。
所述高频补偿电路包括电阻R16和电容C5，所述电阻R16和电容C5串联后，一端与三极管互补推挽输出电路的输出端相连，另一端接地。
所述低通滤波电路包括电阻R5、电阻R9、电阻R14、电阻R17、电容C3、电容C4、电容C1，其中，第一输入信号DAC L-通过电阻R9与运算放大器OPAMP的反相输入端相连，所述第二输入信号DAC L+通过电阻R14与运算放大器OPAMP的正相输入端相连，所述电阻 R5和电容C1并联后一端与运算放大器OPAMP的反相输入端相连，另一端与三极管互补推挽输出电路输出端相连，所述电容C3的一端与第二输入信号DAC L+输出端相连，所述电阻R17和电容C4的一端与运算放大器OPAMP的正相输入端相连，所述电容C3、电阻R17 和电容C4的另一端分别接地。
本例的三极管互补推挽输出电路为交叉式钻石电路。本发明还包括对所述交叉式钻石电路的电流进行检测的检测电路，其中，所述交叉式钻石电路包括三极管Q6、三极管Q4、三极管Q7、三极管Qi0、所述检测电路包括三极管Q13、三极管Q14、电阻7和电阻 R24，所述三极管Q13和电阻R7是交叉式钻石电路输入负半周的时候电流增大的检测电路，所述三极管Q14和电阻R24是交叉式钻石电路输入正半周的时候电流增大的检测电路。
本例中，所述三极管Q6和三极管Q7的基极分别通过电阻R12与运算放大器的输出端相连，所述三极管Q6的发射极分别与镜像恒流源输入端、三极管Q4的基极和三极管Q13的集电极相连，所述三极管Q6的集电极与负极电源-VACC相连，所述三极管Q4的集电极与正极电源+VACC相连，所述三极管Q4的发射极为输出端，所述三极管Q13的基极和电阻 R7的一端接镜像恒流源输出端，所述三极管Q13的发射极和电阻R7的另一端相接后接所述三极管Q14的发射极和电阻R24的另一端，所述三极管Q7的发射极分别与镜像恒流源输入端、三极管Q10的基极和三极管Q14的集电极相连，所述三极管Q7的集电极与正极电源 +VACC相连，所述三极管Q10的集电极与负极电源-VACC相连，所述三极管Q10的发射极为输出端，所述三极管Q14的基极和电阻R24的一端接镜像恒流源输出端。
所述小功率功放动态偏置电路还包括设置在所述交叉式钻石电路输出端，分别对三极管Q4和三极管Q10过流保护的过流保护电路，所述过流保护电路包括开关二极管D1、三极管Q5、三极管Q8、电阻R8和电阻R15，其中，所述开关二极管的共端分别与三极管Q5 的发射极和三极管Q8的发射极相连，所述开关二极管的另外两个引脚分别通过电阻R12 与运算放大器的输出端相连，所述三极管Q5的集电极与三极管Q4的基极相连，所述三极管Q5的基极分别与三极管Q4的发射极和电阻R8的一端相连，所述电阻R8的另一端为输出端，所述三极管Q8的集电极与三极管Q10的基极相连，所述三极管Q8的基极分别与三极管Q10的发射极和电阻R15的一端相连，所述电阻R15的另一端为输出端。
所述镜像恒流源包括三极管Q3、三极管Q9、电阻R2、电阻R3、电阻R18和电阻R19，其中，所述三极管Q3包括基极对接的三极管Q3-A和三极管Q3-B，所述三极管Q9包括基极对接的三极管Q9-A和三极管Q9-B，所述三极管Q3-A的集电极与三极管Q6的发射极相连，发射极通过电阻R3接正极电源+VACC，所述三极管Q3-B的集电极分别与基极和三极管 Q13的基极相连，发射极通过电阻R2接正极电源+VACC，所述三极管Q9-A的集电极与三极管Q7的发射极相连，发射极通过电阻R19接负极电源-VACC，所述三极管Q9-B的集电极分别与基极和三极管Q14的基极相连，发射极通过电阻R18接负极电源-VACC。
本发明的工作原理为：
当输入信号为正半周时，对输出三极管Q7和Qi0有作用，当输入信号为负半周时，对输出三极管Q6和Q4有作用。
当输入信号为正半周时，三极管Q7的基极点位升高，三极管Q7的基射电压Vbe正向电压增大，流过三极管Q7的集电极电流Ic增大，则相应的三极管Q9-A集电极电流Ic会增大，因为三极管Q3和三极管Q9为镜像恒流源，则流过三极管Q9-B集电极电流也会Ic 增大，那么电阻R24的压降将会加大，使流过三极管Q14的电流也会变大，相应的就会使三极管Q10有更大的偏置电流。因此，输入正半周的信号越大，三极管Q14的电流越大，输出级的三极管Q10偏置电流就越大。反之，输入正半周的信号越小，则输出级的三极管 Q10偏置电流就越小。三极管Q8和电阻R15为三极管Q10进行过流保护。
当输入信号为负半周时，三极管Q6的基极点位下降，三极管Q6的基射电压Vbe正向电压增大，流过三极管Q6的集电极电流Ic增大，则相应的，三极管Q3-A集电极电流Ic 会增大，因为三极管Q3和三极管Q9为镜像恒流源，则流过三极管Q3-B集电极电流也会 Ic增大，那么电阻R7压降将会加大，使流过三极管Q13流也会变大，相应的就会使三极管Q4更大的偏置电流，因此，输入负半周的信号越大，三极管Q13的电流越大，输出级的三极管Q4偏置电流就越大，反之，输入负半周的信号越小，则输出级的三极管Q4偏置电流就越小，三极管Q5和电阻R8为三极管Q4进行过流保护。
与现有技术相比，本发明的音频设备跟同类产品相比声音具有高解析力、细腻、自然、临场感强、耐听的特点。并且，能够使音频设备失真度低，转换速率高，输出阻抗低和推动电流大，具体地，能够使本申请的功放达到高电流高线性放大模拟输出级，20Hz-20kHz的频率响应(Ref.1kHz)达到+/-0.2dB，总谐波失真(THD)＜0.002％；声道分离度 @1kHz＞120dB；动态范围A-计权＝＞100dB。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种小功率功放动态偏置电路，其特征在于：包括电源、低通滤波电路、运算放大器、镜像恒流源、三极管互补推挽输出电路，其中，所述运算放大器的输入端与低通滤波电路的输出端相连，所述运算放大器的输出端与三极管互补推挽输出电路的输入端相连，所述三极管互补推挽输出电路与镜像恒流源相连，所述电源为所述运算放大器、镜像恒流源、三极管互补推挽输出电路提供电源电压，
还包括直流偏置调零电路，其中，所述直流偏置调零电路的输入端与电源输出端相连，所述直流偏置调零电路的输出端与运算放大器的电源输入端相连，用于调整运算放大器输出端的直流电压，
所述三极管互补推挽输出电路为交叉式钻石电路，
所述交叉式钻石电路包括三极管Q6、三极管Q4、三极管Q7、三极管Q10，所述三极管Q6和三极管Q7的基极分别通过电阻R12与运算放大器的输出端相连，所述三极管Q6的发射极分别与镜像恒流源输入端、三极管Q4的基极相连，所述三极管Q6的集电极与负极电源-VACC相连，所述三极管Q4的集电极与正极电源+VACC相连，所述三极管Q4的发射极为输出端，所述三极管Q7的发射极分别与镜像恒流源输入端、三极管Q10的基极相连，所述三极管Q7的集电极与正极电源+VACC相连，所述三极管Q10的集电极与负极电源-VACC相连，所述三极管Q10的发射极为输出端。
2.根据权利要求1所述的小功率功放动态偏置电路，其特征在于：所述直流偏置调零电路包括电阻R4和可调电阻VR1，运算放大器OPAMP包括8个引脚，其中，引脚2为反相输入端，引脚3为正相输入端，引脚6为输出端，引脚4为电源接地端，引脚5、1、7、8为电源引脚，所述可调电阻VR1的一端与运算放大器OPAMP的电源引脚1相连，所述可调电阻VR1的另一端与运算放大器OPAMP的电源引脚8相连，所述可调电阻VR1的可调端与所述电阻R4的一端相连，所述电阻R4的另一端与负极电源-VACC相连，所述运算放大器OPAMP的引脚7接正极电源+VACC，运算放大器OPAMP的电源引脚5悬置。
3.根据权利要求1所述的小功率功放动态偏置电路，其特征在于：还包括高频补偿电路，所述高频补偿电路的输入端与三极管互补推挽输出电路的输出端相连。
4.根据权利要求3所述的小功率功放动态偏置电路，其特征在于：所述高频补偿电路包括电阻R16和电容C5，所述电阻R16和电容C5串联后，一端与三极管互补推挽输出电路的输出端相连，另一端接地。
5.根据权利要求1-4任一项所述的小功率功放动态偏置电路，其特征在于：所述低通滤波电路包括电阻R5、电阻R9、电阻R14、电阻R17、电容C3、电容C4、电容C1，其中，第一输入信号DAC L-通过电阻R9与运算放大器OPAMP的反相输入端相连，第二输入信号DAC L+通过电阻R14与运算放大器OPAMP的正相输入端相连，所述电阻R5和电容C1并联后一端与运算放大器OPAMP的反相输入端相连，另一端与三极管互补推挽输出电路输出端相连，所述电容C3的一端与第二输入信号DAC L+输出端相连，所述电阻R17和电容C4的一端与运算放大器OPAMP的正相输入端相连，所述电容C3、电阻R17和电容C4的另一端分别接地。
6.根据权利要求1-4任一项所述的小功率功放动态偏置电路，其特征在于：还包括对所述交叉式钻石电路的电流进行检测的检测电路，所述检测电路包括三极管Q13、三极管Q14、电阻R7和电阻R24，所述三极管Q6的发射极和三极管Q13的集电极相连，所述三极管Q13的基极和电阻R7的一端接镜像恒流源输出端，所述三极管Q13的发射极和电阻R7的另一端相接后接所述三极管Q14的发射极和电阻R24的另一端，所述三极管Q7的发射极和三极管Q14的集电极相连，所述三极管Q14的基极和电阻R24的一端接镜像恒流源输出端。
7.根据权利要求6所述的小功率功放动态偏置电路，其特征在于：所述小功率功放动态偏置电路还包括设置在所述交叉式钻石电路输出端，分别对三极管Q4和三极管Q10过流保护的过流保护电路，所述过流保护电路包括开关二极管D1、三极管Q5、三极管Q8、电阻R8和电阻R15，其中，所述开关二极管的共端分别与三极管Q5的发射极和三极管Q8的发射极相连，所述开关二极管的另外两个引脚分别通过电阻R12与运算放大器的输出端相连，所述三极管Q5的集电极与三极管Q4的基极相连，所述三极管Q5的基极分别与三极管Q4的发射极和电阻R8的一端相连，所述电阻R8的另一端为输出端，所述三极管Q8的集电极与三极管Q10的基极相连，所述三极管Q8的基极分别与三极管Q10的发射极和电阻R15的一端相连，所述电阻R15的另一端为输出端。
8.根据权利要求6所述的小功率功放动态偏置电路，其特征在于：所述镜像恒流源包括三极管Q3、三极管Q9、电阻R2、电阻R3、电阻R18和电阻R19，其中，所述三极管Q3包括基极对接的三极管Q3-A和三极管Q3-B，所述三极管Q9包括基极对接的三极管Q9-A和三极管Q9-B，所述三极管Q3-A的集电极与三极管Q6的发射极相连，发射极通过电阻R3接正极电源+VACC，所述三极管Q3-B的集电极分别与基极和三极管Q13的基极相连，发射极通过电阻R2接正极电源+VACC，所述三极管Q9-A的集电极与三极管Q7的发射极相连，发射极通过电阻R19接负极电源-VACC，所述三极管Q9-B的集电极分别与基极和三极管Q14的基极相连，发射极通过电阻R18接负极电源-VACC。
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| 具有动态偏压的甲类放大器;小电;音响技术(第01期);全文 * |
| 基于镜像电流源与电压源偏置的功率放大器;张吕彦;;电声技术(第12期);全文 * |
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