CN201323553Y - 新型脉宽调制式功放器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新型脉宽调制式功放器，可有效解决功率输出低，使用效果差和能耗高，利用率低的问题，其结构是壳体内有功放电路，功放电路是由时基集成电路和由三极管、场效应管构成的调宽脉冲放大输出级电路组成，时基集成电路接第一三极管的基极，其集电极接第二、第三三极管基极，第二三极管的集电极接电源输入端，第二、第三三极管发射极并联接第一场效应管，第二场效应管S极与第一场效应管D极相连，第二场效应管D极接电源，第二三极管的集电极经输出变压磁芯接第二场效应管G极，第一场效应管D极、S极及第二场效应管S极接输出端负载，其结构简单，输出功率大，能量利用率高，工作性能稳定，能够产生精确的脉宽调制振荡信号，是功放器上的创新。

Description

新型脉宽调制式功放器

一、技术领域

本实用新型涉及电器，特别是一种新型脉宽调制式功放器。

二、背景技术

模拟信号的功率放大器(又称功放器)经过了几十年发展，在这方面的技术已经相当成熟，可以说是达到了登峰造极的地步，环保与能量的利用率已渐渐成为人们所关注的问题，正因为这样，人们对功放的效率要求越来越高。但是模拟功率放大器在这方面几乎达到了极限，针对这一现实准数字功放和数字功放应运而生，来满足人们对功率放大器的要求。

模拟放大电路的共同特点是晶体管都工作在线性放大区域，它按照输入音频信号的大小控制输出的大小，就像串在电源和输出间的一个可变电阻，在控制输出的同时自身也在消耗电能，因此，模拟功放不可避免的存在着效率低下的特点，其效率值是在放大器处于最大功率输出时的理论值(约78％)，实际上能够做到这个理论值的一半(约35％)已经算不错了。而且在正常的工作过程中不可能使功放时时都有最大功率输出，这样在工作时它们的效率就更低了，不仅影响使用效果，而且能耗高，利用率低，因此，对功放器的改进与创新是必需要解决的技术问题。

三、实用新型内容

针对上述情况，为克现有技术的缺陷，本实用新型之目的就是提供一种新型脉宽调制式功放器，可有效解决功率输出低，使用效果差和能耗高，利用率低的问题，其解决的技术方案是，包括有壳体及其内的功放电路，壳体上有功放电路的进出端接线口，所说的功放电路是由时基集成电路和由第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一场效应管、第二场效应管构成的调宽脉冲放大输出级电路组成，时基集成电路经并联的电容、电阻接第一三极管的基极，第一三极管发射极接地，第一三极管的集电极接第二三极管、第三三极管的基极，第三三极管的集电极接地，第二三极管的集电极经电阻接电源输入端，第二三极管、第三三极管的发射极并联接第一场效应管的G极，第一场效应管的S极接地，第二场效应管的S极与第一场效应管的D极相连，第二场效应管的D极接电源输入端，第一场效应管的基极经电阻接地，第二三极管的集电极经输出变压磁芯接第二场效应管的G极，第一场效应管的D极、S极及第二场效应管的S极接输出端负载。本实用新型结构简单，输出功率大，能量利用率高，工作性能稳定，能够产生精确的脉宽调制振荡信号，是功放器上的创新。

四、附图说明

附图为本实用新型的电路结构(原理)连线图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

由附图所示，本实用新型包括有壳体及其内的功放电路，壳体上有功放电路的进出端接线口(所说的壳体为常规技术，故图中未画出)，所说的功放电路是由时基集成电路IC₁和由第一三极管BG₁、第二三极管BG₂、第三三极管BG₃、第一场效应管BG₄、第二场效应管BG₅构成的调宽脉冲放大输出级电路组成，时基集成电路IC₁的3脚经并联的电容C₂、电阻R₃接第一三极管BG₁的基极，第一三极管BG₁发射极接地，第一三极管BG₁的集电极接第二三极管BG₂和第三三极管BG₃的基极，第三三极管BG₃的集电极接地，第二三极管BG₂的集电极经电阻R₄接电源E输入端，第二三极管BG₂、第三三极管BG₃的发射极并联接第一场效应管BG₄的G极，第一场效应管BG₄的S极接地，第二场效应管BG₅的S极与第一场效应管BG₄的D极相连，第二场效应管BG₅的D极接电源E输入端，第一场效应管BG₄的基极经电阻R₆接地，第二三极管BG₂的集电极经输出变压磁芯B接第二场效应管BG₅的G极，第一场效应管BG₄的D极、S极及第二场效应管BG₅的S极接输出端负载RL。

为了保证使用效果，所说的时基集成电路IC₁的5脚经电容C₃、电位器W接地，时基集成电路IC₁的7脚、6脚间接有二极管D₁，时基集成电路IC₁的6脚、2脚并联接电阻R₂一端，并经电容C₁接地，电阻R₂另一端接电阻R₁一端及时基集成电路IC₁的7脚，时基集成电路IC₁的4脚、8脚及电阻R₁、R₅并联后经三端稳压器IC₂接第二三极管BG₂的集电极及输出变压磁芯B和电阻R₄，并经电阻R₅另一端接第一三极管BG₁的集电极及第二三极管BG₂和第三三极管BG₃的基极；

所说的三端稳压器IC₂的输出端(即左端)上有接地电容C₈；所说的第二场效应管BG₅的G极及S极间装有由二极管D₂、电阻R₇、电容C₅组成的箝位电路，使恢复的第二场效应管BG₅激励脉冲电压的幅度与第一场效应管BG₄完全一致，其中，二极管D₂、电阻R₇并联接电容C₅的一端，电容C₅另一端接输出变压磁芯B次极，输出变压磁芯B的初极经电容C₄接第三三极管BG₃和第二三集管BG₂的发射极及第一场效应管BG₄的G极，经电阻R₆接地，所说的第一场效应管BG₄的D极与第一场效应管BG₅的S极间接有由电感线圈L及电容C₆组成的解调电路网络，同负载RL相连，电感线圈L、电容C₆相连接头(共端)经电容C₇接地；所说的第一场效应管BG₄、第二场效应管BG₅为特性完全相同，并由初级与次级线圈比为1∶1的脉冲式输出变压磁芯B将第一场效应管BG₄的激励脉冲电压隔直反相对第二场效应管BG₅激励，第一场效应管BG₄、第二场效应管BG₅在幅度相同、相位相反的脉冲电压作用下，轮流导通。

所说的第一三极管BG₁为超高速开关管3DK21，用作脉冲电压放大，由于时基集成电路IC₁输出的低电平，使第一三极管BG₁截止，而输出高电平时，通过电阻R₃和电容C₂使第一三极管BG₁饱和导通，其电压降接近零；第一场效应管BG₄、第二场效应管BG₅是型号为2SK₅77VMOS场效应管，作为输出功率的开关管，它具有调整双重保护功能；第二三极管BG₂、第三三极管BG₃的作用是加速第一场效应管BG₄、第二场效应管BG₅栅极电荷的充盈与泄放过程，以使开关脉冲的前后沿陡峭，缩短开关时间，电阻R₅为泄放电阻。

所说的时基集成电路IC₁为时基集成电路555，所说的三端稳压器IC2为78M12三端稳压块，时基集成电路IC₁在结构上是由模拟信号和数字电路结合而成的，将模拟功能与逻辑功能并为一体，电路简单，工作稳定，能够产生精确的脉宽调制振荡信号，在输出解调部分，BG₄、BG₅的选择至关重要，为了增大输出和提高效率，不但要求耐压高，电流大，而且特别要求开关时间短，导通压降小，BG₄、BG₅型号是2SK₅77VMOS，输出变压磁芯B为彩色电视机行输出变压磁芯，用直径0.51mm的漆包线原付边(初级、次级)各绕100匝，电感量约为1.2mh。在实验时负载用大功率绕电阻(300欧姆)代替，L和C₇的数值大小由R₁、R₂和C₁的数值大小决定，也就是调宽调制的频率，振荡频率与L和C₇滤波频相等，来决定L和C₇的数值。用示波器观察各极电压波形兼测电压幅值，在调制信号时，输出极的电压及数字都非常接近理想情况，特别是输出管的方波前后沿陡峭，其幅值与理想情况很接近，此时串接于BG₄的D极的电流表指示接近于0，说明尽管BG₄、BG₅在进行开关工作其漏极有幅度的方波脉冲电压，但由于L、C₇中的磁能转换电能返送给电源，所以几乎不消耗功率，当音频信号发生器从音频输送端送正弦音频信号进行调制时，可从负载电阻上观察到解调后的正弦音频信号波形，波形很好，正负对称，看不到明显的失真，当增大输入的音频调制信号时，电源E供给的电流以及输出音频电压波形的幅度也随着增大，当负载上的正弦波形上下峰接近平头时，其幅值正好为E值，与理想情况相比较，如果电源电压E等于260V，电流为0.48A，根据数据算得输出功率为113W，输出效率达91％。

电阻R₁、R₂、电容C₁稳定性及时基集成电路(块)IC₁的质量，影响着整机频响，所以，要选择质量高的元件，只要调宽波形理想，解调后的音频调制信号便不会失真，而理想的调宽电压波形，由第一场效应管BG₄、第二场效应管BG₅的导通与截止的同步切换得到，与电感线圈L的大小的性能无关，因此，L无严格要求。如果能找到耐压1600V的VMOS场效应管作功率输出，那么输出电压值可提高800V以上，即可输出上千瓦的音频功率，还可适当提高负载电阻值，使音频高端频响也得到改善，从而得到优异的电声质量指标。本实用新型设计，试验研制的成功，有效解决了功放器能量利用率低，能耗高，使用效果不理想的技术难题，是功放器上的一个成功创造，有良好的经济和社会效益。

Claims (5)

1、一种新型脉宽调制式功放器，包括有壳体及其内的功放电路，壳体上有功放电路的进出端接线口，其特征在于，所说的功放电路是由时基集成电路(IC₁)和由第一三极管(BG₁)、第二三极管(BG₂)、第三三极管(BG₃)、第一场效应管(BG₄)、第二场效应管(BG₅)构成的调宽脉冲放大输出级电路组成，时基集成电路(IC₁)的3脚经并联的电容C₂、电阻R₃接第一三极管(BG₁)的基极，第一三极管(BG₁)发射极接地，第一三极管(BG₁)的集电极接第二三极管(BG₂)和第三三极管(BG₃)的基极，第三三极管(BG₃)的集电极接地，第二三极管(BG₂)的集电极经电阻R₄接电源(E)输入端，第二三极管(BG₂)、第三三极管(BG₃)的发射极并联接第一场效应管(BG₄)的G极，第一场效应管(BG₄)的S极接地，第二场效应管(BG₅)的S极与第一场效应管(BG₄)的D极相连，第二场效应管(BG₅)的D极接电源(E)输入端，第一场效应管(BG₄)的基极经电阻(R₆)接地，第二三极管(BG₂)的集电极经输出变压磁芯(B)接第二场效应管(BG₅)的G极，第一场效应管(BG₄)的D极、S极及第二场效应管(BG₅)的S极接输出端负载(RL)。

2、根据权利要求1所述的新型脉宽调制式功放器，其特征在于，所说的时基集成电路(IC₁)的5脚经电容C₃、电位器(W)接地，时基集成电路(IC₁)的7脚、6脚间接有二极管(D₁)，时基集成电路(IC₁)的6脚、2脚并联接电阻R₂一端，并经电容C₁接地，电阻R₂另一端接电阻R₁一端及时基集成电路(IC₁)的7脚，时基集成电路(IC₁)的4脚、8脚及电阻R₁、R₅并联后经三端稳压器(IC₂)接第二三极管(BG₂)的集电极及输出变压磁芯(B)和电阻R₄，并经电阻R₅另一端接第一三极管(BG₁)的集电极及第二三极管(BG₂)和第三三极管(BG₃)的基极。

3、根据权利要求1所述的新型脉宽调制式功放器，其特征在于，所说的三端稳压器(IC₂)的输出端上有接地电容C₈。

4、根据权利要求1所述的新型脉宽调制式功放器，其特征在于，所说的第二场效应管(BG₅)的G极及S极间装有由二极管(D₂)、电阻R₇、电容C₅组成的箝位电路，使恢复的第二场效应管(BG₅)激励脉冲电压的幅度与第一场效应管(BG₄)完全一致，其中，二极管(D₂)、电阻R₇并联接电容C₅的一端，电容C₅另一端接输出变压磁芯B次极，输出变压磁芯B的初极经电容C₄接第三三极管(BG₃)和第二三集管(BG₂)的发射极及第一场效应管(BG₄)的G极，再经电阻R₆接地。

5、根据权利要求1所述的新型脉宽调制式功放器，其特征在于，所说的第一场效应管(BG₄)的D极与第一场效应管(BG₅)的S极间接有由电感线圈(L)及电容C₆组成的解调电路，同负载(RL)相连，电感线圈(L)、电容C₆相连接头经电容C₇接地。

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