CN1449108A - 用于限制供应至一喇叭的输出信号振幅的放大电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于限制供应至一喇叭的输出信号振幅的放大电路，包含一放大器、第一电阻器、第二电阻器，及一反馈控制装置。放大器具有至少一输入端及一输出端，并可经由输入端接收一输入信号后在其输出端得到一输出信号，并将其供应至喇叭上；第一电阻器耦接于输入信号与放大器的输入端间；第二电阻器耦接于放大器的输入端与输出端之间，该放大电路的增益可由该第二电阻器与该第一电阻器的阻抗所决定；反馈控制装置是耦接至放大器的输出端及第二电阻器之间；当输出信号的振幅超出一预定范围时，第二电阻器可受该反馈控制装置的控制调整，而减小该放大电路的增益，藉此以限制输出信号的振幅于预定范围内。

Description

用于限制供应至一喇叭的输出信号振幅的放大电路

技术领域

本发明是在提供一种放大电路，特别是指一种适用于音频信号的放大电路。

背景技术

一般具有多媒体功能的电子装置(如笔记型电脑)内常装设有音频编解码器(Audio Codec)，用来接收、整合不同类型的音源(如Wave、MIDI、CD、Line IN、Beep、Phone Line等等)，再经由一放大电路将声音频号放大之后，从内建喇叭或外接的喇叭、耳机加以输出。

参阅图1，其为一已知的放大电路6，包含了一放大器61，及二电阻器Z₁、Z₂。放大器61具有一反相输入端62、一同相输入端63，及一输出端64。电阻器Z₁的一端是连接在放大器61的反相输入端62上，另一端则是与输入信号_VIN相连接；电阻器Z₂则是耦接于放大器61的反相输入端62及输出端64之间。如人们所熟知，输出信号V_OUT与_VIN的关系为 $V_{\mathrm{OUT}}=-\frac{Z_2}{Z_1}{V}_{\mathrm{IN}},$ 亦即其增益(gain，定义为输出信号和输入信号的比值)为，其中负号代表输出信号V_OUT与输入信号V_IN反相。因此输出信号V_OUT的大小取决于电阻器Z₂及Z₁之间的阻抗比值，当输入信号V_IN越大，同样地，输出信号V_OUT也将变得越大。

然而，各种不同音源的声音信号振幅差异很大，例如，通常MIDI音源声音较大，再者，这些声音信号于录制时亦无统一的音量标准。而且，连接于放大器61输出端64的负载(如喇叭、耳机等，图未示)的额定功率为固定。因此，当音源本身振幅较大，再通过固定增益之放大电路6的放大后，所输出之信号V_OUT可能会超过负载的额定功率，即会因为过热或者过电流，导致负载损毁或烧毁。

发明内容

因此，本发明的目的即在提供一种可限制输出信号振幅的放大电路。

本发明的另一目的在提供一种利用输出信号来对电阻器的阻抗进行反馈控制而能调整其增益的放大电路。

于是，本发明的放大电路，包含了一放大器、第一电阻器、第二电阻器，及一反馈控制装置；放大器的输入端接收输入信号后，可在其输出端得到一经放大后的输出信号并供应至一喇叭；第一电阻器是耦接于该输入信号与该放大器的输入端之间；第二电阻器则耦接于该放大器的输入端与该输出端之间，该放大电路的增益可由该第二电阻器与该第一电阻器的阻抗所决定；反馈控制装置的一输入端耦接至该放大器的输出端，而反馈控制装置的至少一输出端耦接至该第一电阻器及该第二电阻器至少其中之一，当该输出信号的振幅超出一预定范围时，该第二电阻器与该第一电阻器的阻抗可受该反馈控制装置调整，而减小该放大电路的增益，藉此以限制该输出信号的振幅于该预定范围内。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

附图说明

图1是一示意图，说明一已知的放大电路；

图2是一示意图，说明本发明的可限制输出振幅的放大电路；

图3是一示意图，说明本发明的第一较佳实施例；及

图4是一示意图，说明一金氧半场效晶体管等效于一压控电阻。

具体实施方式

参阅图2，本发明用于限制供应至一喇叭的输出信号振幅的放大电路1大体上包含了一放大器2，具有一反相输入端21、一同相输入端22，及一输出端23，并可由上述输入端接收一信号并将的放大后由输出端23输出，而第一电阻器3的一端则是连接在放大器2的反相输入端21上，另一端则可接收一输入信号V_IN，另一方面，第二电阻器4则是耦接于放大器2的反相输入端21及输出端23之间，并可受到输出信号V_OUT的反馈控制而变化其阻抗。在下述较佳实施例的说明中，是当输入信号V_IN上升而使得输出信号V_OUT的振幅过大时，即控制第二电阻器4的阻抗下降，因此降低放大电路1的整体增益，使得输出信号V_OUT随之下降，因此可以达到限制输出信号V_OUT的振幅的目的。以下并列举二较佳实施例以更进一步说明本案。

参阅图3，在第一较佳实施例中，包含了一放大器2，具有一反相输入端21、一同相输入端22，及一输出端23。

第一电阻器R1的一端是连接在反相输入端21上，另一端则可接收输入信号V_IN。而第二电阻器4具有三个互相并联的电阻单元，分别是第一电阻单元R21、第二电阻单元R22，及第三电阻单元R23，其中，第一电阻单元R21及第二电阻单元R22是为可变电阻，其阻抗可受下述的第一信号V1及第二信号V2控制而呈现不同阻抗值的变化。此外，配合图4，在本实施例中，第一及第二电阻单元R21、R22可采p型金氧半场效晶体管N1来作为压控电阻(voltage-controlled resistance)，人们熟知，当p型金氧半场效晶体管N1操作于三极区(triode region)时，施加于晶体管N1的闸极G1的电压(V1、V2)越高，其漏极D1与源极S1间的通道电阻值即变得越高，亦即阻抗值可随控制信号(V1、V2)的电位上升而上升，随控制信号的电位下降而下降，因此可等效于图4右方的电阻，即达到实现可变电阻的目的。

反馈控制装置5具有第一比较器C1及第二比较器C2，其中，第一比较器C1是针对一预定范围上限值VH及输出信号V_OUT进行比较，并送出一可控制第一电阻单元R21的第一信号V1。当输出信号V_OUT低于预定范围上限值VH时，即送出一高电位的第一信号V1；而当输出信号V_OUT高于第一预定信号VH时，即送出一低电位的第一信号V1。相同地，在第二比较器C2中，当输出信号V_OUT高于一预定范围下限值VL时，即送出一高电位的第二信号V2，反之，则送出一低电位的第二信号V2。在本实施例中，预定范围上、下限值VH、VL是为固定的直流电压值，并藉此限制输出信号V_OUT振幅的上下范围。

因此，当输出信号V_OUT的大小落在预定范围上限值VH与预定范围下限值VL的范围内时，亦即，此时第一比较器C1及第二比较器C2分别输出高电位的第一信号V1及第二信号V2，使得第一电阻单元R21及第二电阻单元R22的阻抗上升，并远大于第三电阻单元R23的阻抗(亦即，此时第一电阻单元R21及第二电阻单元R22相较于第三电阻单元R23可被视为无限大)。因此，第二电阻器4的整体阻抗可近似于第三电阻单元R23的阻抗，所以 $V_{\mathrm{OUT}}=-\left(\frac{R23}{R1}\right)V_{\mathrm{IN}}.$

当输入信号V_IN振幅太大而导致放大后的输出信号V_OUT的振幅太大(有可能烧毁喇叭)，使其波形的最高电压值(peak value)大于预定范围上限值VH时，第一比较器C1将会输出一低电位的第一信号V1。因此，第一电阻单元R21的阻抗下降，使得第二电阻器4的等效阻抗近似于第一电阻单元R21及第三电阻单元R23二者并联后的阻抗，所以第二电阻器4的整体阻抗下降，使得输出信号V_OUT与输入信号V_IN的关系成为： $V_{\mathrm{OUT}}=-\left(\frac{R21\left|\right|R23}{R1}\right)V_{\mathrm{IN}},$ 亦即增益值下降(由 变成 )。因此，输出信号V_OUT的振幅缩小使其波形的最高电压值不会高于预定范围上限值VH，达到限制输出信号V_OUT的振幅的目的。

另一方面，当输入信号V_IN振幅太大而导致放大后的之出信号V_OUT的振幅太大，使其波形的最低电压值低于预定范围下限值VL时，第二比较器C2将会输出一低电位的第二信号V2。因此，第二电阻单元R22的阻抗下降，所以第二电阻器4的等效阻抗近似于第二电阻单元R22及第三电阻单元R23二者并联后的阻抗，所以第二电阻器4的整体阻抗下降，使得输出信号V_OUT与输入信号V_IN的关系成为： $V_{\mathrm{OUT}}=-\frac{R22\left|\right|R23}{R1})V_{\mathrm{IN}},$ 亦即增益值下降(由

变成)。因此输出信号V_OUT的振幅缩小使其波形的最低电压值不会低于预定范围下限值VL，亦即拉高了输出信号V_OUT的最低电位，达到限制输出信号V_OUT的振幅的目的。

本发明的第二较佳实施例大体上是与第一较佳实施例类似，差别在于将第一电阻单元R21及第二电阻单元R22改采n型金氧半场效晶体管(图未示)，亦即外加于晶体管闸极的电压越高，则漏极与源极间的通道电阻越低，因此，将图3中第一比较器C1及第二比较器C2的两输入端所接收的信号互换，即可得到本发明的第二较佳实施例。

上述预定范围上限值VH及预定范围下限值VL的电位高低，是随使用者的需求而采不同的设定，主要是依据所连接喇叭的额定功率而定。

最后，综合上述，本发明利用反馈控制装置5来控制第二电阻器4的阻抗，进而使输出信号V_OUT的振幅能被限制在预定范围上限值VH和预定范围下限值VL的范围内，因此可避免当较大的音频讯号输入而造成输出过大，进而导致负载(喇叭、耳机等)损坏或过热等问题，确实达到本发明的目的。

本发明的实施例中，虽采变化第二电阻器阻抗的方式来改变放大电路的增益，然熟悉本技术领域者应了解，亦可利用变化第一电阻器阻抗的方式，来调整第二电阻器与第一电阻器的阻抗比，同样可达到改变放大电路的增益的目的。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (13)

1.一种用于限制供应至一喇叭的输出信号振幅的放大电路，包含：

一放大器，具有至少一输入端，及一输出端，该放大器可经由该输入端接收一输入信号，并在该输出端得到一经放大后的输出信号供应至该喇叭；

第一电阻器，耦接于该输入信号与该放大器之输入端之间；及

第二电阻器，耦接于该放大器之输入端与该输出端之间，该放大电路的增益可由该第二电阻器与该第一电阻器的阻抗所决定；

一反馈控制装置，具有一输入端耦接至该放大器的输出端，及至少一输出端耦接至该第一电阻器及该第二电阻器至少其中之一，当该输出信号的振幅超出一预定范围时，该第二电阻器与该第一电阻器的阻抗可受该反馈控制装置调整，而减小该放大电路的增益，藉此以限制该输出信号的振幅于该预定范围内。

2.如权利要求1所述的放大电路，其特征在于，该反馈控制装置的输出端耦接至该第二电阻器，并且，该第二电阻器包含一可变化阻抗的第一电阻单元、一可变化阻抗的第二电阻单元，及一固定阻抗的第三电阻单元。

3.如权利要求2所述的放大电路，其特征在于，该反馈控制装置具有二分别与该放大器的输出端电性连接的第一比较器及第二比较器；该第一比较器接收该输出信号及该预定范围的上限值，并依据其比较结果而输出一用以控制该第一电阻单元阻抗的第一信号；该第二比较器接收该输出信号及该预定范围的下限值，并依据其比较结果而输出一用以控制该第二电阻单元阻抗的第二信号。

4.如权利要求3所述的放大电路，其特征在于，该第一、第二电阻单元的阻抗是分别随该第一、第二信号之电位上升而升高，随该第一、第二信号的电位下降而降低。

5.如权利要求3所述的放大电路，其特征在于，该第一、第二电阻单元的阻抗是分别随该第一、第二信号的电位上升而降低，随该第一、第二信号的电位下降而升高。

6.如权利要求4所述的放大电路，其特征在于，该第一及第二电阻单元是由p型金氧半场效晶体管所构成。

7.如权利要求5所述的放大电路，其特征在于，该第一及第二电阻单元是由n型金氧半场效晶体管所构成。

8.一种用于限制供应至一喇叭的输出信号振幅的放大电路，包含：

一放大器，可自其输入端接收一输入信号并于其输出端得到一经放大后的输出信号供应至该喇叭；

第一电阻器，连接于该输入信号及该放大器的输入端间；

第二电阻器，连接于该放大器的输入端及输出端间，且该放大电路的增益可由该第二电阻器与该第一电阻器的阻抗所决定；及

一反馈控制装置，连接于该放大器的输出端及该第二电阻器之间，当该输出信号的振幅超过一预定范围时，该反馈控制装置即降低该第二电阻器的阻抗以降低该放大电路的增益，进而限制该输出信号的振幅于该预定范围内。

9.如权利要求8所述的放大电路，其特征在于，该第二电阻器具有相互并联的第一电阻单元，及第二电阻单元。

10.如权利要求9所述的放大电路，其特征在于，该反馈控制装置具有第一比较器及第二比较器，该第一比较器接收该输出信号及该预定范围的上限值，并依据其比较结果而输出一用以控制该第一电阻单元阻抗的第一信号；该第二比较器接收该输出信号及该预定范围的下限值，并依据其比较结果而输出一用以控制该第二电阻单元阻抗的第二信号。

11.一种用于限制供应至一喇叭的输出信号振幅的放大电路，包含：

一放大器，可自其输入端接收一输入信号并于其输出端得到一经放大后的输出信号；

第一电阻器，连接于该输入信号与该放大器的输入端之间；

第二电阻器，连接于该放大器之输入端及输出端间，该放大电路的增益可由该第二电阻器与该第一电阻器的阻抗所决定；以及

第一比较器及第二比较器，各该比较器的输入端连接至该放大器的输出端，且各该比较器的输出端分别连接至该第一电阻器及该第二电阻器至少其中之一，该二比较器分别接收该输出信号及一预定范围的上、下限值，并依据比较结果输出一控制该二电阻器阻抗的信号，藉以调整该放大电路的增益，以限制该输出信号的振幅。

12.如权利要求11所述的放大电路，其特征在于，该第二电阻器包含一可变化阻抗的第一电阻单元、一可变化阻抗的第二电阻单元，及一固定阻抗的第三电阻单元，并且，该第一比较器的输出端耦接至该第一电阻单元，该第二比较器的输出端耦接至该第二电阻单元。

13.如权利要求12所述的放大电路，其特征在于，该第一及第二电阻单元是由金氧半场效晶体管所构成。

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