CN1684361A

CN1684361A - 放大电路

Info

Publication number: CN1684361A
Application number: CNA2004100914358A
Authority: CN
Inventors: 小川浩史
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2024-11-22
Also published as: CN100477507C; US7199655B2; TWI357207B; US20050231277A1; TW200534574A; JP2005303823A

Abstract

本发明是关于一种放大电路，其不需要结合电容器，并能够在输入级和输出级使用不同的电源电压。将电源电压Vdd的1/2作为基准电压Vref，施加在以电源电压Vdd进行动作的输入级的放大器10和以电源电压Vamp进行动作的输出级的放大器20的非反相输入终端上。藉此，使放大器10的输出电平和放大器20的输入电平为相同的基准电压Vref，所以可不需要电容器而通过电阻21进行连接。另外，在放大器20的反相输入终端和输出终端及接地电位GND间连接电阻22、23，并进行设定使这些电阻值R22、R23为R22/R23＝Vamp/Vdd－1。藉此，使放大器20的输出电平Vout为Vamp/2。

Description

放大电路

技术领域

本发明涉及一种放大电路，特别是涉及一种在输入级和输出级使用不同的电源电压的放大电路。

背景技术

在放大输入信号并驱动扬声器和耳机的放大电路中，需要在将微弱的输入信号进行放大的输入级的放大器，和输出用于驱动扬声器等的大振幅信号的输出级的放大器中，使用不同的电源电压。

请参阅图2所示，是现有习知的放大电路的构成图。

该放大电路包括以电源电压Vdd(例如2.4V)进行动作的输入级的放大器1，以及以电源电压Vamp(例如3.6V)进行动作的输出级的放大器2。这些放大器1、2的一侧电源终端，被连接在共同的接地电位GND上。

放大器1的非反相输入终端被施加了基准电压Vref(例如Vdd/2)，而反相输入终端通过电阻3施加了直流电平被设定为基准电压Vref的输入信号Vin。而且，放大器1的输出终端即结点N1和反相输入终端之间，利用反馈用的电阻4进行连接。

另一方面，对放大器2的非反相输入终端施加基准电压Vs(例如Vamp/2)，对反相输入终端通过用于阻断直流成分的电容器5和电阻6的串联电路施加结点N1的信号。而且，放大器2的输出终端和反相输入终端之间，利用反馈用的电阻7进行连接。

在该放大电路中，由于放大器1的非反相输入终端和反相输入终端的直流电位一起被设定为Vdd/2，所以结点N1的直流电平也为Vdd/2。藉此，输入信号Vin由放大器1被放大，并作为中心电压(直流电平)为Vdd/2的信号被输出。

另一方面，在放大器2中，因为非反相输入终端被设定为Vamp/2，所以反相输入终端的直流电平也为Vamp/2。虽然结点N1和放大器2的反相输入终端的直流电平不同，但由于在其间连接有电容器5，所以在电阻6中不会流过直流电流。因此，在反馈用的电阻7中也不会流过直流电流，放大器2的输出终端的直流电平为Vamp/2。藉此，可从放大器2的输出终端，输出最大振幅为Vamp的无失真的输出信号Vout。

[专利文献1]日本专利早期公开的特开平7-46055号公报

[专利文献2]日本专利早期公开的特开平9-326645号公报

但是，因为现有习知的放大电路在级间具有用于阻断直流成分的电容器5，所以不只是直流成分，连低频成分也被阻断。为了对更低的频率进行忠实地放大，必须增大电容器5的容量和电阻6的值，但是在集成电路中，如增大电容器5的容量，则线路图面积增大，所以并不实用。而且，在增大电阻6的值的情况下，需要同时使电阻7的值也增大，不只是线路图面积变大，还存在因电阻7的值的增加而使电流变小，在噪声方面变弱的课题。

由此可见，上述现有的放大电路仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决放大电路存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的放大电路存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型的放大电路，能够改进一般现有的放大电路，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的放大电路存在的缺陷，而提供一种新的放大电路，所要解决的技术问题是使其不需要直流成分遮断用的电容器，并能够在输入级和输出级使用不同的电源电压，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种放大电路，其包括：第1放大器，使第1电源终端与接地电位连接，且在第2电源终端上供给第1电源电压，并在非反相输入终端上施加基准电压，且将通过第1电阻被输入到反相输入终端的输入信号进行放大输出；反馈用的第2电阻，将前述第1放大器的输出侧和该第1放大器的反相输入终端间进行连接；第2放大器，使第1电源终端与前述接地电位连接，且在第2电源终端上供给较前述第1电源电压高的第2电源电压，并在非反相输入终端上施加基准电压，且将通过第3电阻被输入到反相输入终端的前述第1放大器的输出信号进行放大输出；反馈用的第4电阻，将前述第2放大器的输出侧和该第2放大器的反相输入终端间进行连接；以及第5电阻，被连接在前述第2放大器的反相输入终端和前述接地电位间。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的放大电路，其中所述的第1及第2电源电压分别为Vdd、Vamp，前述基准电压为Vref，前述第4及第5电阻的值分别为R4、R5时，对这些基准电压和第4及第5电阻的值进行设定，以使下面的2式成立

Vref＝Vdd/2及R4/R5＝Vamp/Vdd-1。

前述的放大电路，其中所述的第5电阻由可依据控制信号转换其电阻值的可变电阻构成。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种放大电路，其包括：第1放大器，使第1电源终端与接地电位连接，且在第2电源终端上供给第1电源电压，并在非反相输入终端上施加基准电压，且将通过第1电阻被输入到反相输入终端的输入信号进行放大输出；反馈用的第2电阻，将前述第1放大器的输出侧和该第1放大器的反相输入终端间进行连接；第2放大器，使第1电源终端与前述接地电位连接，且在第2电源终端上供给前述第1电源电压，并使前述第1放大器的输出信号的极性反相输出；第3放大器，使第1电源终端与前述接地电位连接，且在第2电源终端上供给较前述第1电源电压高的第2电源电压，并在非反相输入终端上施加基准电压，且将通过第3电阻被输入到反相输入终端的前述第1放大器的输出信号进行放大并驱动负载的一端的第3放大器；反馈用的第4电阻，将前述第2放大器的输出侧和该第2放大器的反相输入终端间进行连接；第5电阻，被连接在前述第2放大器的反相输入终端和前述接地电位间的第5电阻；第4放大器，使第1电源终端与前述接地电位连接，且在第2电源终端上供给前述第2电源电压，并在非反相输入终端上施加基准电压，且将通过第6电阻被输入到反相输入终端的前述第2放大器的输入信号进行放大并驱动前述负载的另一端的第4放大器；反馈用的第7电阻，将前述第4放大器的输出侧和该第4放大器的反相输入终端间进行连接；以及第8电阻，被连接在前述第4放大器的反相输入终端和前述接地电位间。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的放大电路，其中所述的第5及第8电阻由可依据相同的控制信号同时转换其电阻值的可变电阻构成。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：

本发明的放大电路的特征在于：包括使第1电源终端与接地电位连接且在第2电源终端上供给第1电源电压，并在非反相输入终端上施加基准电压，且将通过第1电阻被输入到反相输入终端的输入信号进行放大输出的第1放大器、将前述第1放大器的输出侧和该第1放大器的反相输入终端间进行连接的反馈用的第2电阻、使第1电源终端与接地电位连接且在第2电源终端上供给较前述第1电源电压高的第2电源电压，并在非反相输入终端上施加基准电压，且将通过第3电阻被输入到反相输入终端的前述第1放大器的输出信号进行放大输出的第2放大器、将前述第2放大器的输出侧和该第2放大器的反相输入终端间进行连接的反馈用的第4电阻、被连接在前述第2放大器的反相输入终端和前述接地电位间的第5电阻。

在本发明中，对输入级的第1放大器和输出级的第2放大器的非反相输入终端施加共同的基准电压。藉此，即使第1及第2放大器的电源电压不同，第1放大器的输出侧和第2放大器的输入侧的直流电平也可形成相同的基准电压。因此，具有可不需要直流成分阻断用的电容器的效果。另外，在第1放大器的非反相输入终端和输出终端及接地电位之间，分别连接有第4及第5电阻。藉此，具有如果适当地设定第4及第5电阻值，则可将第2放大器的输出信号的直流电平调整为该第2放大器的电源电压的1/2的效果。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：本发明放大电路(调入优点)

1、本发明放大电路以分别不同的电源电压进行动作的输入级的放大器和输出级的放大器的直流输入电平，设定为相同的基准电压，可不需要使用阻断直流成分的电容器，藉此，可减小晶片面积。或者，可取消外部电容器连接用的终端。

2、本发明放大电路藉由根据设定电阻的值，可将放大器的输出信号的直流电平调整为最适值。

3、本发明放大电路利用可变电阻，还具有可灵活应对各种电源电压的优点。

4、本发明放大电路具有不因该电容器容量的差异所造成的输出信号失真的优点。

综上所述，本发明特殊结构的放大电路，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的放大电路具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的放大电路的构成图。

图2是现有习知的放大电路的构成图。

图3是本发明的第二实施例的放大电路的构成图。

图4是本发明的第三实施例的放大电路的构成图。

1：输入级的放大器 2：输出级的放大器

3：电阻 4：反馈用的电阻

5：电容器 6：电阻

7：反馈用的电阻 10：放大器

11：电阻 12：反馈用的电阻

20、20A：放大器 21、21A、22、22A、23：电阻

24、24A：可变电阻 30：放大器

31、32：电阻 40：负载

GND：接地电位 N1、N2、N3：结点

Vamp、Vdd：电源电压 Vin：输入信号

Vout：输出电平 Vref：基准电压

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的放大电路其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

使输入级的第1放大器的电源电压为Vdd，并向其第2放大器的非反相输入终端施加Vdd/2的基准电压。而且，向以电源电压Vamp进行动作的输出级的第2放大器的非反相输入终端，也施加Vdd/2的基准电压。另外，在第2放大器的反相输入终端和输出终端之间连接电阻值R4的第4电阻，并在该反相输入终端和接地电位之间连接可利用控制信号转换电阻值R5的第5电阻。而且，对电阻值R5进行设定，以使R4/R5＝Vamp/Vdd-1的式子成立。

[第一实施例]

请参阅图1所示，是本发明的第一实施例的放大电路的构成图。

该放大电路包括以电源电压Vdd(例如2.4V)进行动作的输入级的放大器10，以及以电源电压Vamp(例如3.6V)进行动作的输出级的放大器20。另外，这些放大器10、20的一侧电源终端，被连接在共同的接地电位GND上。

对放大器10的非反相输入终端施加基准电压Vref(例如Vdd/2＝1.2V)，对反相输入终端通过电阻11(例如20kΩ)施加直流电平被设定为基准电压Vref的输入信号Vin。而且，放大器10的输出终端即结点N1和反相输入终端之间，利用反馈用的电阻12(例如20kΩ)进行连接。

另一方面，对放大器20的非反相输入终端施加基准电压Vref，且反相输入终端即结点N2通过电阻21(例如20kΩ)与结点N1连接。而且，放大器20的输出终端和结点N2之间，利用反馈用的电阻22进行连接，而节点N2与接地电位GND之间，则是利用电阻23进行连接。

下面对动作进行说明。

在该放大电路中，由于放大器10的非反相输入终端和反相输入终端的直流电位一起被设定为基准电压Vref(＝Vdd/2)，所以结点N1的直流电平也为Vref。藉此，输入信号Vin由放大器10被放大，并作为中心电压(直流电平)为Vref的信号被输出。

另一方面，由于放大器20的非反相输入终端被设定为基准电压Vref，所以反相输入终端(即结点N2)的电位也为基准电压Vref。因此，由于结点N1，N2间不产生电位差，所以在电阻21中不会流过直流电流。

这里，如设定放大器20侧的电阻22、23的值分别为R22、R23，流过该电阻23的电流为i，则下面的(1)式成立。

R23×i＝Vref···(1)

而且，由于在电阻21中不流过直流电流，也没有向放大器20的反相输入终端的电流的输出入，所以在电阻22中流过的电流与电阻21中的相同，都为i。因此，如设定放大器20的输出信号的直流电平为Vout，则下面的(2)式成立。

Vout＝R22×i+Vref···(2)

由(1)、(2)式可得到(3)式。

Vout＝(1+R22/R23)×Vref···(3)

因此，如使电阻22、23的值为例如40kΩ、80kΩ，则放大器20的输出信号的直流电平Vout，等于该放大器20的电源电压Vamp(＝3.6V)的1/2即1.8V。

另外，用于由该放大电路得到无失真的最大振幅的输出信号的最适状态，是基准电压Vref和直流电平Vout分别为电源电压Vdd、Vamp的1/2。因此，最适状态的条件可利用下面的(4)式表示。

R22/R23＝Vamp/Vdd-1···(4)

藉此，输入信号Vin由放大器10、20被放大，并从该放大器20的输出终端，输出最大振幅为Vamp的无失真的输出信号。

如上所述，在第一实施例中，由于将以分别不同的电源电压Vdd、Vamp进行动作的输入级的放大器10和输出级的放大器20的直流输入电平，设定为相同的基准电压Vref，所以可不需要使用阻断直流成分的电容器。藉此，可减小晶片面积。或者，可取消外部电容器连接用的终端。

另外，将输出级的放大器20的反相输入终端和输出终端及接地电位GND间，分别利用电阻22、23进行连接。因此，藉由根据(4)式设定电阻22、23的值，可将放大器20的输出信号的直流电平调整为最适值(即电源电压Vamp的1/2)。

[第二实施例]

请参阅图3所示，是本发明的第二实施例的放大电路的构成图，图2中与图1中相同的组件付以相同的符号。

该放大电路是设置可变电阻24以取代图1的放大电路中的电阻23，而。可变电阻24是由串联连接的复数个电阻、依据控制信号CON使这些电阻个别短路的开关所构成的。其它的构成与图1相同。

在该放大电路中，依据在2个放大器10、20上所施加的电源电压Vdd、Vamp，而利用控制信号CON对可变电阻24的值进行设定。

例如，在使电源电压Vamp＝3.6V，电阻值R22＝40kΩ、Vref＝Vdd/2的情况下，如依据输入级的电源电压Vdd的值，象下面这样对可变电阻24的电阻值R24进行设定，则可将放大器20的输出信号的直流电平Vout调整为最适值(Vamp/2)。

即，在Vdd＝2.88V时R24＝160kΩ，Vdd＝2.64V时R24＝110kΩ，Vdd＝2.4V时R24＝80kΩ，Vdd＝2.16V时R24＝60kΩ。

如以上所述，在第二实施例中，由于具有可利用控制信号CON对电阻值进行控制的可变电阻24，所以除了与第一实施例同样的优点以外，还具有可灵活应对各种电源电压的优点。

[第三实施例]

请参阅图4所示，是关于本发明的第三实施例的放大电路的构成图。该放大电路应用图3的放大电路而形成BTL(Bridged Transless)构成，对与图3中的相同的组件付以相同的符号。

在输入级的放大器10的输出侧，连接有用于将该放大器10的输出信号进行反相的放大器30。即，结点N1通过电阻31(例如20kΩ)被连接在放大器30的反相输入终端上，且该反相输入终端与放大器30的输出终端即结点N3之间，由反馈用的电阻32(例如20kΩ)进行连接。另外，放大器30与放大器10同样地以电源电压Vdd进行动作，且在非反相输入终端上施加有基准电压Vref。

在结点N3上，与利用放大器20的放大部同样地，连接有利用放大器20A的互补的放大器。即，在放大器20A的非反相输入终端上施加基准电压Vref，并使反相输入终端通过电阻21A(例如20kΩ)被连接在结点N3上。而且，放大器20A的输出终端与反相输入终端之间，由反馈用的电阻22A进行连接，且该反相输入终端与接地电位GND之间，由可变电阻24A进行连接。

放大器20A与放大器20具有相同的特性，且以相同的电源电压Vamp进行动作。而且，可变电阻24、24A利用控制信号CON被同时设定为相同的电阻值。而且，在放大器20、20A的输出终端之间，连接有扬声器等的负载40。

在该放大电路中，放大器10的输出信号在保持其极性的情况下，被施加在放大器20上并被放大，且该放大器10的输出信号由放大器30而使极性反相，并施加在放大器20A上被放大。而且，利用二个放大器20、20A所发出的相反极性的输出信号，使负载40被驱动。因此，可利用具有图1及图3的放大电路的2倍振幅的输出信号，而驱动负载40。

如上所述，在第三实施例中，即使在BTL构成中也可得到与第二实施例同样的优点。另外，由于在正相及反相的放大器20、20A的输入侧不需要直流成分阻断用的电容器，所以本发明具有不因该电容器容量的差异所造成的输出信号失真的优点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1、一种放大电路，其特征在于其包括：

第1放大器，使第1电源终端与接地电位连接，且在第2电源终端上供给第1电源电压，并在非反相输入终端上施加基准电压，且将通过第1电阻被输入到反相输入终端的输入信号进行放大输出；

反馈用的第2电阻，将前述第1放大器的输出侧和该第1放大器的反相输入终端间进行连接；

第2放大器，使第1电源终端与前述接地电位连接，且在第2电源终端上供给较前述第1电源电压高的第2电源电压，并在非反相输入终端上施加基准电压，且将通过第3电阻被输入到反相输入终端的前述第1放大器的输出信号进行放大输出；

反馈用的第4电阻，将前述第2放大器的输出侧和该第2放大器的反相输入终端间进行连接；以及

第5电阻，被连接在前述第2放大器的反相输入终端和前述接地电位间。

2、根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于其中当所述的第1及第2电源电压分别为Vdd、Vamp，前述基准电压为Vref，前述第4及第5电阻的值分别为R4、R5时，对这些基准电压和第4及第5电阻的值进行设定，以使下面的2式成立

Vref＝Vdd/2及

R4/R5＝Vamp/Vdd-1。

3、根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于其中所述的第5电阻由可依据控制信号转换其电阻值的可变电阻构成。

4、一种放大电路，其特征在于其包括：

第2放大器，使第1电源终端与前述接地电位连接，且在第2电源终端上供给前述第1电源电压，并使前述第1放大器的输出信号的极性反相输出；

第3放大器，使第1电源终端与前述接地电位连接，且在第2电源终端上供给较前述第1电源电压高的第2电源电压，并在非反相输入终端上施加基准电压，且将通过第3电阻被输入到反相输入终端的前述第1放大器的输出信号进行放大并驱动负载的一端的第3放大器；

反馈用的第4电阻，将前述第2放大器的输出侧和该第2放大器的反相输入终端间进行连接；

第5电阻，被连接在前述第2放大器的反相输入终端和前述接地电位间的第5电阻；

第4放大器，使第1电源终端与前述接地电位连接，且在第2电源终端上供给前述第2电源电压，并在非反相输入终端上施加基准电压，且将通过第6电阻被输入到反相输入终端的前述第2放大器的输入信号进行放大并驱动前述负载的另一端的第4放大器；

反馈用的第7电阻，将前述第4放大器的输出侧和该第4放大器的反相输入终端间进行连接；以及

第8电阻，被连接在前述第4放大器的反相输入终端和前述接地电位间。

5、根据权利要求4所述的放大电路，其特征在于其中所述的第5及第8电阻由可依据相同的控制信号同时转换其电阻值的可变电阻构成。