CN1551492A

CN1551492A - 音频放大器电路以及具有该音频放大器电路的音频ic

Info

Publication number: CN1551492A
Application number: CNA2004100385265A
Authority: CN
Inventors: 稻垣亮介
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2004-12-01
Also published as: US7362871B2; KR20040095662A; US20040223624A1; TW200503412A

Abstract

在本发明中，与确定从音频放大器电路中的输出级OP放大器的输出反馈到输入的放大率的电阻器相并联，设置了双向连接的第一二极管和第一开关电路，将输出级OP放大器的输出电压限制为当第一二极管导通时的电压。第一二极管的限制电压与具有较低承受电压的扬声器相对应。因此，通过第一开关电路的接通/断开，可以根据相连扬声器的承受电压来选择来自输出级OP放大器的功率输出。

Description

音频放大器电路以及具有该音频放大器电路的音频IC

技术领域

本发明涉及一种音频放大器电路以及具有该音频放大器电路的音频IC，更具体地，涉及一种用于如蜂窝电话、便携式终端设备、固定电话以及笔记本型个人计算机等领域的音频放大器电路，允许该电路根据所连接的扬声器的承受电压或扬声器的最大输入功率来驱动扬声器，并且适用于小型扬声器。

背景技术

在如蜂窝电话、便携式终端设备、固定电话以及笔记本类型个人计算机等领域中，由于音频IC的电路规模和安装空间受到限制，因此使用了具有0.5瓦到1瓦的较小输出的小型扬声器。当用户以扬声器的最大音量长时间驱动这种类型的扬声器时，有时会损坏扬声器的音圈。

作为针对这种扬声器损坏的保护电路，传统上，对于高输出放大器，已知一种将如熔丝等串联设置于输出端子和扬声器之间的电路。此外，作为一种用于这种高电压输出放大器的过电压保护电路，也已知一种与输出级晶体管并联设置的二极管箝位电路。此外，JP(U)-B-7-35449公开了一种在输出级配备有二极管限制电路的音频放大器电路。

现在，作为一种用于音频放大器电路的功率放大器，通常一种IC形式的最大输出(输出功率)是大约1.0瓦的电路是可用的，当使用这种电路时，选择最大输入瓦特大于1.0瓦的、所连接的扬声器。对于最大输入瓦特小于1.0瓦的扬声器，必须设计各自的输出级放大器电路，同时与各个扬声器的承受电压或最大输入功率相匹配。因为如果不匹配，损坏扬声器的可能性会变得较高。但是，具有大约1.0瓦最大输出瓦特的功率放大器的尺寸与作为IC的具有大约几瓦最大输出瓦特的放大器并没有不同，因此其安装空间实质上是相同的。

一方面，关于如蜂窝电话、便携式终端设备和固定电话等，根据其型号，需要小输出或大输出。出于此原因，需要根据音频输出功率准备用于音频输出放大器的多种类型的IC。当具有大约1.0瓦或更小最大输出瓦特的音频输出放大器的产量减小时，出现了这些IC的成本增加的问题。

发明内容

本发明的目的是解决传统技术中的这些问题，并提供一种音频放大器电路以及具有该音频放大器电路的音频IC，允许该电路根据所连接的扬声器的承受电压或扬声器的最大输入功率来驱动扬声器，并且适用于小型扬声器。

构造用于实现所述目的的一种本发明的音频放大器电路和一种具有该音频放大器电路的音频IC，从而提供由双向设置的第一二极管和第一开关电路的串联电路构成的第一二极管限制电路；以及输出级运算放大器(以下称作输出级OP放大器)，包括将输出反馈到输入的反馈电阻器，所述反馈电阻器与第一二极管限制电路并联，其中第一二极管限制电路的限制电压与具有较低承受电压的扬声器相对应，所述扬声器与输出级OP放大器的输出端子相连，并且在扬声器与输出级OP放大器相连的条件下，第一开关电路是接通的。

如上述可以看出，在本发明中，与确定从音频放大器电路中的输出级OP放大器的输出反馈到输入的放大率的电阻器相并联，设置了双向连接的第一二极管和第一开关电路，将输出级OP放大器的输出电压限制为当第一二极管导通时的电压。第一二极管的限制电压与具有较低承受电压的扬声器相对应。因此，通过开关电路的接通/断开，可以根据相连的扬声器的承受电压来选择来自输出级OP放大器的功率输出。

因此，即使音频放大器电路中输出级OP放大器的输出是较大功率，也可以将小尺寸且低承受电压扬声器与该电路相连，而不会损坏扬声器，并且，对于具有高承受电压的扬声器和具有低承受电压或低最大输入功率的扬声器，可以共用包含了这种输出级OP放大器的IC。

结果，即使如蜂窝电话、便携式终端设备和固定电话的型号不同，也能够使用相同的用于音频放大器电路的IC，可以省却针对各个模型的独立设计，而生产出多个通用IC，因此，能够实现用于音频放大器的低成本IC。

此外，由于扬声器是相对于频率具有预定阻抗特性的无源电路，因此大电流取决于大电压而流动，这形成了较大的输入功率。由于扬声器的输入电压与输入功率成线性比例，因此贯穿说明书和权利要求，将术语扬声器的“承受电压”用作包括扬声器的“最大输入功率”。

附图说明

图1是根据本发明的音频放大器电路的一个实施例的框图；以及

图2是根据本发明的音频放大器电路的另一实施例的框图。

具体实施方式

10是IC，用于音频输出放大器以及用于如蜂窝电话、便携式终端设备、固定电话以及笔记本型个人计算机等、具有大约1.0瓦的小输出功率(输出瓦特)的音频设备中的放大器。

1是音频放大器电路。该音频放大器电路1包括以IC形式构成的输出级放大器(OP)2和3以及输出端子4和5。在输出端子4和5之间连接了扬声器11。

输出级放大器(OP)2和3都是反相放大器，在输出级放大器(OP)2的(-)输入端子和输出端子之间，与用于确定放大率的反馈电阻器Rf并联地设置了二极管限制电路6和7。输出级放大器(OP)2的(-)输入端子经过输入电阻器Rs与输入端子10a相连。输出级放大器(OP)3的(-)输入端子经过输入电阻器Ra与输出级放大器(OP)2的输出端子2a相连。输出级放大器(OP)2和3的各个(+)输入端子分别与地GND相连。将音频信号从预放大器12输入到输入端子10a。

此外，可以通过合并到IC中，将预放大器12与音频放大器电路集成到一起。此外，电阻器Rb是与反馈电阻器Rf相对应的、输出级放大器(OP)3的反馈电阻器。

这里，输出级放大器(OP)3是反相放大器，输出级放大器(OP)2和3的输出信号的相位相反，因此，通过输出级放大器(OP)2和3BLT驱动扬声器11。

二极管限制电路6是反馈电路，其中将由双向连接的二极管D1和D2构成的二极管电路6a、由双向连接的二极管D3和D5构成的二极管电路6b以及开关电路6c串联，且与反馈电阻器Rf并联设置二极管限制电路6。

二极管限制电路7是反馈电路，其中将由双向连接的二极管D5和D6构成的二极管电路7a、由双向连接的二极管D7和D8构成的二极管电路7b、由双向连接的二极管D9和D10构成的二极管电路7c以及开关电路7d串联，且与反馈电阻器Rf并联设置二极管限制电路7。

8是2比特寄存器，并且经过输入端子10a接收来自控制器13(或双列直插式开关(未示出))的2比特信号。由此，设置开关电路6c和7d的接通/断开。例如，当2比特数据是“00”时，开关电路6c和7d均断开，当是“01”时，开关电路6c接通而开关电路7d断开，而当是“10”时，开关电路6c断开而开关电路7d接通。此外，当通过非易失性存储器或双列直插式开关构成寄存器8时，由于保存了2比特数据或使其处于置位状态，因此如果写一次，即使断开电源，存储于寄存器8中的该2比特数据也足够。但是，当寄存器8是易失性存储器时，例如，每当接通电源时，控制器13将这2比特数据设置到寄存器8。

现在，当假设各个二极管D1到D10的正向电压降是1Vf(0.7伏)时，则当在输出端子2a输出大于2Vf的信号时，各个二极管D1到D4导通，二极管限制电路6将输出信号的幅度限制在2Vf电压(1.4伏)。此外，当在输出端子2a输出大于3Vf的信号时，各个二极管D5到D10导通，二极管限制电路7将输出信号的幅度限制在3Vf电压(2.1伏)。如果这种限制不起作用，则输出级放大器(OP)2和3的输出电压给出了例如大约3伏，则当连接了8Ω的扬声器时，输出为大约1.1瓦，而当BTL驱动时，输出为大约2.2瓦。

这里，由于将限制了幅度的输出信号输入到处于反相操作的输出级放大器(OP)3，因此对于二极管限制电路6而言，只有一个输出级放大器(OP)2就足够了。

当假设将8Ω的扬声器11与IC10相连并且当输入功率(输入瓦特)取决于较低承受电压的承受电压时，其中扬声器11的最大输入瓦特是大约0.5瓦，则将2比特数据“01”设置于寄存器8中，从而将开关电路6c设置为接通状态，而开关电路7d为断开状态。因此，二极管限制电路6工作，并将来自输出级放大器(OP)2的输出信号的输出电压幅度限制在2Vf。结果，输出级放大器(OP)2最多产生大约1.4伏的输出信号。当输出级放大器是单端输出时，在此例中，输出信号的峰峰幅度是2.8Vpp，而当BTL驱动时，峰峰幅度是5.6Vpp，是前者的二倍。因此，当BTL驱动时，输出信号的幅度为2.8伏，且其有效值为2.0(r.m.s.v)。

结果，当计算关于扬声器的输出功率Po(有效功率)时，Po＝2×2/8＝0.5，其中当BTL驱动时，输出功率Po是0.5瓦。结果，在此例中，通过BTL驱动，相连扬声器11的输出功率最多是0.5瓦，因此，保护了扬声器，而不会损坏其音圈。

当其中扬声器11的最大输入瓦特是大约1.0瓦的承受电压时，则将2比特数据“10”设置于寄存器8中，从而将开关电路6c设置为断开状态，而开关电路7d为接通状态。因此，由于输出级放大器(OP)2最多产生大约2.1伏的输出信号，所以当输出级放大器是单端输出时，在此例中输出信号的峰峰幅度是4.2Vpp，而当BTL驱动时，峰峰幅度是8.4Vpp，是前者的二倍。因此，当BTL驱动时，输出信号的幅度为4.2伏，且其有效值为3.0(r.m.s.v)。

结果，当计算扬声器的输出功率Po(有效功率)时，Po＝3×3/8＝1.1，其中当BTL驱动时，输出功率Po是1.1瓦。因此，通过BTL驱动，相连扬声器11的输出功率最多是大约1.1瓦，同样，保护了扬声器。此外，当扬声器11的最大输入瓦特是1.0瓦时，由于对于扬声器11的额定存在大约0.1的容差，因此能够使用具有1.0瓦最大输入功率的扬声器。

此外，当扬声器的阻抗是4Ω时，其输出功率加倍。

当与二极管限制电路6和7相并联地还设置二极管限制电路并且增加串联连接的双向二极管数目时，即使最大输入瓦特大于1瓦，当然也可以产生用于多种承受电压的输出电压。

图2是表示了本发明另一实施例的音频输出IC100，其中设置了具有三个外部电压的选择开关14，并且将选择开关14所选择的电压经过输入端子10b输入到电平判断电路9。电平判断电路9根据选择开关14所选择的电压来产生用于接通/断开开关电路6c和7d的信号。

在图2的二极管限制电路中，除去了二极管限制电路6，而只保留二极管限制电路7。在二极管限制电路7中，二极管电路7b和7c之间的连接点经过开关电路6c与输出级放大器(OP)2的(-)输入端子相连。

当选择开关14选择触点A时，选择电源线+VDD并且电压为+VDD的输出信号，当选择触点B时，选择电压+VDD/2并且输出电压是+VDD/2的输出信号，以及当选择触点C时，选择地电压GND并且输出地电位的输出信号。

此外，10c是用于电源电压+VDD的电源线+VDD的输入端子。

电平判断电路9包括分别针对开关电路6c和7d设置的两个比较器，当选择开关14的输出信号处于电压+VDD时，与2比特数据“01”相对应，接通开关电路6c并断开开关电路7d。因此，选择了驱动具有对应于最大0.5瓦的承受电压的扬声器的音频放大器电路，且IC10构成了输出对应于最大输入功率0.5瓦的音频输出放大器。

此外，当选择开关14的输出信号处于电压+VDD/2时，与2比特数据“10”相对应，断开开关电路6c并接通开关电路7d。因此，选择了驱动具有对应于最大1.0瓦的承受电压的扬声器的音频放大器电路，且IC10构成了输出对应于最大输入功率1.0瓦的音频输出放大器。

此外，当选择开关14的输出信号处于地电位GND时，与2比特数据“00”相对应，断开开关电路6c和开关电路7d。因此，选择了驱动具有对应于最大大约是2.2瓦(大约2.0瓦)的承受电压的扬声器的音频放大器电路，且IC10构成了输出对应于最大输入功率2.0瓦的音频输出放大器。

如上所述，在所述实施例中，使用了二极管限制电路，然而，当然可以使用齐纳二极管代替二极管。当使用齐纳二极管时，串联设置两个二极管，因此，可以双向导通这些二极管。

此外，二极管可以是由连接成二极管的晶体管获得的二极管。

此外，在实施例中，作为二极管限制电路，设置了用于2Vf和3Vf的两种电路，然而可以设置一种或其它多种电路。

在实施例中，示出了其中二极管限制电路中的开关电路与输出级OP放大器的输入侧相连的示例，但是，开关电路也可以与输出级OP放大器的输出侧相连。

此外，实施例中的输出级OP放大器2是反相放大器，然而，可以使用同相放大器来代替。不考虑输出级OP放大器2是否为反相操作放大器，如果输出级OP放大器3是反相操作放大器，则输出级OP放大器2和3的输出信号保持彼此反相操作的关系，因此，能够实现BTL驱动。当然，本发明并不局限于BTL驱动的音频放大器电路。

Claims

1.一种音频放大器电路，包括由双向设置的第一二极管和第一开关电路的串联电路构成的第一二极管限制电路；以及输出级运算放大器，包括将输出反馈到输入的反馈电阻器，所述反馈电阻器与第一二极管限制电路并联连接，其中第一二极管限制电路的限制电压与具有较低承受电压的扬声器相对应，所述扬声器与输出级运算放大器的输出端子相连，并且在扬声器与输出级运算放大器相连的条件下，第一开关电路是接通的。

2.根据权利要求1所述的音频放大器电路，其特征在于所述第一二极管是彼此反向并联连接的两个二极管，或是串联设置的两个齐纳二极管。

3.根据权利要求2所述的音频放大器电路，其特征在于还包括由第二二极管和第二开关电路的串联电路构成的第二二极管限制电路，其中与所述反馈电阻器相并联地设置所述第二二极管限制电路，第二二极管限制电路的限制电压高于所述第一二极管限制电路的限制电压，并且与具有高于较低承受电压扬声器的承受电压的承受电压的扬声器相对应，在所述高承受电压扬声器与输出级运算放大器相连的条件下，第一开关电路断开，而第二开关电路接通。

4.根据权利要求3所述的音频放大器电路，其特征在于所述第一和第二二极管限制电路中的至少一个包括多组反向并联的双二极管，其中所述多组反向并联的双二极管彼此串联连接。

5.根据权利要求1所述的音频放大器电路，其特征在于所述第一二极管限制电路包括多组反向并联的双二极管，其中所述多组反向并联的双二极管串联彼此连接，将第一开关电路设置于所述多组串联连接双二极管的中间连接点和输出级运算放大器的输入或输出之间，将第二开关电路设置于所述多组双二极管的串联连接末端和输出级运算放大器的输入或输出之间，在具有较低承受电压的扬声器与输出级运算放大器相连的条件下，第一开关电路接通而第二开关电路断开，以及在具有高于所述具有较低承受电压的扬声器的承受电压的承受电压的扬声器与输出级运算放大器相连的条件下，第一开关电路断开，而第二开关电路接通。

6.根据权利要求3所述的音频放大器电路，其特征在于根据所述音频放大器电路外部的输入信号来选择第一和第二开关电路的接通/断开，并且将所述第一和第二二极管限制电路和所述输出级运算放大器集成为单个IC。

7.根据权利要求3所述的音频放大器电路，其特征在于所述来自外部的输入信号是用于设置第一和第二开关电路的接通/断开的比特信号。

8.根据权利要求3所述的音频放大器电路，其特征在于还包括电平判断电路，判断来自外部的输入信号电平，其中根据电平判断电路的输出来选择第一和第二开关电路的接通/断开。

9.根据权利要求1所述的音频放大器电路，其特征在于所述输出级运算放大器由第一和第二输出级放大器构成，第二输出级放大器是反相操作的放大器，将第一二极管限制电路提供给第一输出级放大器，将第一输出级放大器的输出经过电阻器输入到第二输出级放大器，并且通过第一和第二输出级放大器BTL驱动扬声器。

10.根据权利要求3所述的音频放大器电路，其特征在于所述输出级运算放大器由第一和第二输出级放大器构成，第二输出级放大器是反相操作的放大器，将第一和第二二极管限制电路提供给第一输出级放大器，将第一输出级放大器的输出经过电阻器输入到第二输出级放大器，并且通过第一和第二输出级放大器BTL驱动扬声器。

11.根据权利要求1所述的音频放大器电路，其特征在于所述承受电压是最大输入功率。

12.一种音频放大器电路，包括由双向设置的第一二极管和第一开关电路的串联电路构成的第一二极管限制电路；以及输出级运算放大器，包括将输出反馈到输入的反馈电阻器，所述反馈电阻器与第一开关电路并联连接，其中第一二极管限制电路的限制电压与具有较低承受电压的扬声器相对应，所述扬声器与输出级运算放大器的输出端子相连，并且在扬声器与输出级运算放大器相连的条件下，第一开关电路是接通的。

13.一种集成了音频放大器电路的音频IC，所述音频放大器电路包括由双向设置的第一二极管和第一开关电路的串联电路构成的第一二极管限制电路；以及输出级运算放大器，包括将输出反馈到输入的反馈电阻器，所述反馈电阻器与第一二极管限制电路并联连接，其中第一二极管限制电路的限制电压与具有较低承受电压的扬声器相对应，所述扬声器与输出级运算放大器的输出端子相连，并且在扬声器与输出级运算放大器相连的条件下，第一开关电路是接通的。

14.根据权利要求13所述的音频IC，其特征在于还包括由第二二极管和第二开关电路的串联电路构成的第二二极管限制电路，其中第一和第二二极管由彼此反向并联连接的两个二极管构成，与所述反馈电阻器相并联地设置所述第二二极管限制电路，第二二极管限制电路的限制电压高于所述第一二极管限制电路的限制电压，并且与具有高于较低承受电压扬声器的承受电压的承受电压的扬声器相对应，在所述高承受电压扬声器与输出级运算放大器相连的条件下，第一开关电路断开，而第二开关电路接通。

15.根据权利要求14所述的音频IC，其特征在于根据所述音频放大器电路外部的输入信号来选择第一和第二开关电路的接通/断开。

16.根据权利要求13所述的音频IC，其特征在于所述承受电压是最大输入功率。