CN204231303U - 一种高保真音频前置功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及功率放大器电路技术领域，特别涉及一种音频前置功率放大器。其包括依次连接的第一共源共栅放大器、第一PMOSFET管、第一源极跟随器、第二共源共栅放大器、第二PMOSFET管、第二源极跟随器、第三共源共栅放大器、第三源极跟随器；其中，第一共源共栅放大器连接信号输入端，对输入的信号进行第一级放大；第一PMOSFET管、第二共源共栅放大器、第二PMOSFET管、第三共源共栅放大器共对信号五级放大，且各级放大电路之间有源极跟随器对电路隔离和增加带负载能力。本实用新型提供了一种高保真音频前置功率放大器，具有高保真和动态范围大的优点。

Description

一种高保真音频前置功率放大器

技术领域

本实用新型涉及功率放大器电路技术领域，特别涉及一种音频前置功率放大器。

背景技术

音频前置功率放大器是各种音源设备和功率放大器之间的连接设备，由于音源设备输出的音源信号电平都比较低，不能直接推动功率放大器正常工作，而音频前置功率放大器能将音源信号放大至功率放大器所能接受的输入范围。由于接收到的音源信号很微弱，如果采用一般的放大器进行放大，放大器本身会引入较大噪声，后一级的放大器对前一级放大器输出的信号和引入的噪声同时进行放大，会为音源信号带来严重失真，对音源信号的音质音色影响很大。因此音频前置放大器的设计目标就是要有低噪声、高保真以及高增益的性能。

现有技术中存在的晶体管音频前置功率放大器虽然有高增益，但是失真很大，动态范围小，音质音色不好。主要原因是：晶体管自身的开环特性差，因此在晶体管放大电路中为了获得好的频响特性，都增加了深度40db-50db的大环路负反馈；增加深度负反馈虽然能得到非常高的闭环特性，但是在深度负反馈下晶体管功率放大器的输出内阻会大幅度减小，使得晶体管电路的阻尼系数增大到100以上，进而使得扬声器的振动系数处于过阻尼状态，扬声器振膜的运动则很迟钝，音质就显得生硬不圆润，音源信号丰富的谐波被过滤，使得音源信号出现严重的失真；又由于晶体管都是非线性器件，都会产生非线性失真，当电路动态范围很小时，晶体管会脱离放大区产生开关失真和交越失真，会使得功率放大器听感不好甚至会烧坏高音喇叭。因此，音频前置放大器需要有很大的动态范围，使晶体管一直工作在放大区，减小失真。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的音频前置功率放大器失真大、动态范围小而使人耳感受到的音频信号音质不好的缺点，本实用新型提供一种高保真音频前置功率放大器，具有高保真和动态范围大的优点。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是： 

一种高保真音频前置功率放大器，其特征在于：其包括依次连接的第一共源共栅放大器、第一PMOS FET管、第一源极跟随器、第二共源共栅放大器、第二PMOS FET管、第二源极跟随器、第三共源共栅放大器、第三源极跟随器；其中，

第一共源共栅放大器连接信号输入端，对输入的信号进行第一级放大；

第一PMOS FET管，其栅极连接第一共源共栅放大器的信号输出端，对输入信号进行第二级放大；

第一源极跟随器，连接第一PMOS FET管的漏极，隔离第一PMOS FET管和第二共源共栅放大器；

第二共源共栅放大器，连接第一源极跟随器的信号输出端，对输入信号进行第三级放大；

第二PMOS FET管，其栅极连接第二共源共栅放大器的信号输出端，对输入信号进行第四级放大；

第二源极跟随器，连接第二PMOS FET管的漏极，用于隔离第二PMOS FET管和第三共源共栅放大器；

第三共源共栅放大器，连接第二源极跟随器的信号输出端，对输入信号进行第五级放大；

第三源极跟随器，为所述前置功率放大器的信号输出端。

进一步的，所述第一共源共栅放大器包括第一晶体管、第二晶体管和第一反馈电阻，其中，第二晶体管的栅极为信号输入端，第二晶体管的漏极与第一晶体管的源极相连，第二晶体管的源极通过第一反馈电阻接地，第一晶体管的漏极为信号输出端。

进一步的，还包括第二反馈电阻，所述第一PMOS FET管的栅极与第一晶体管的漏极连接，且第一PMOS FET管的漏极通过第二反馈电阻接地。

进一步的，所述第一源极跟随器包括第四晶体管和第三反馈电阻，所述第四晶体管的栅极与第一PMOS FET管的漏极相连，第四晶体管的源极通过第三反馈电阻接地，所述第四晶体管的源极为信号输出端。

进一步的，所述第二共源共栅放大器包括第五晶体管、第六晶体管和第四反馈电阻，且第五晶体管的栅极与第四晶体管的源极相连，第五晶体管的漏极与第六晶体管的源极相连，第五晶体管的源极通过第四反馈电阻接地，且第六晶体管的漏极为信号输出端。

进一步的，还包括第五反馈电阻，所述第二PMOS FET管的栅极与第六晶体管的漏极连接，且第二PMOS FET管的漏极通过第五反馈电阻接地。

进一步的，所述第二源极跟随器包括第八晶体管和第六反馈电阻，所述第八晶体管的栅极与第二PMOS FET管的漏极相连，第八晶体管的源极通过第六反馈电阻接地，所述第八晶体管的源极为信号输出端。

进一步的，所述第三共源共栅放大器包括第九晶体管、第十晶体管和第七反馈电阻，且第九晶体管的栅极与第八晶体管的源极相连，第九晶体管的漏极与第十晶体管源极相连，第九晶体管的源极通过第七反馈电阻接地，且第十晶体管的漏极为信号输出端。

进一步的，所述第三源极跟随器包括第十一晶体管和第八反馈电阻，所述第十一晶体管的栅极与第十晶体管的漏极相连，第十一晶体管的源极通过第八反馈电阻接地，所述第十一晶体管的源极为所述前置功率放大器的信号输出端。

优选但不限于，所述第一晶体管、第二晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管和第十一晶体管均为N型BJT管或N型MOS管。

本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：1、该放大电路采用共源共栅结构，该电路结构能增加带宽，提高电路增益，且该结构电路稳定，不易自激，能减少开关失真；且输入信号经过第一级放大后，会使信号相位相反且幅值放大，采用由PMOS FET管构成的第二级放大能实现电平转换，且由于偏置电压VDD是一定，电路中的所有MOS管均需工作在饱和区（BJT管工作在放大区），该PMOS FET管能使输出信号幅值不会在同一方向偏离静态工作点过大，而增大整个放大电路动态范围，使整个电路中所有晶体管均工作在饱和区，减少失真。2、本实用新型的电路中没有采用大环路的深度负反馈，而是将晶体管的源极通过反馈电阻反馈到地，形成一个小环路的电流负反馈，避免了大环路的深度负反馈带来的失真，能大大减少交越失真。

进一步的，本实用新型所述电路在第二级放大和第三级放大之间、以及整个放大电路信号输出端都设有源极跟随器，能减少各级电路之间的干扰，且能增加带负载能力。

更进一步的，本实用新型所述电路包括有五级放大，能增大整个电路的增益，而增益增强可以用于改善放大器的噪声系数。

附图说明

图1为本实用新型一种高保真音频前置功率放大器的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

参见附图1，本实用新型中一种高保真音频前置功率放大器，共有五级放大电路，电路中Q1、Q2、Q4、Q5、Q6、Q8、Q9、Q10和Q11均为N型BJT管或N型MOS管，Q3和Q7为P型BJT管或MOS管，在以下实施例和附图中均优选MOS FET管来介绍，所描述的实施例和附图仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

第一共源共栅放大器10，包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2，且第一晶体管Q1的源极与第二晶体管Q2的漏极相连，且第一晶体管Q1的栅极通过上拉电阻R3接偏置电压VDD。第一晶体管Q1的漏极通过上拉电阻R4接偏置电压VDD，第二晶体管Q2的栅极连接有本实用新型所述高保真音频前置功率放大器的音源信号输入端IN，且在音源信号输入端IN与Q2的栅极之间串联有输入滤波电容C1；而第二晶体管Q2的源极通过第一反馈电阻R5接到地GND11，且第一晶体管Q1的漏极为该第一共源共栅放大器10的信号输出端，其连接第一PMOS FET管20的信号输入端。而上拉电阻R3旁并联有连接到VDD与地GND1之间的滤波电容C2、C3；上拉电阻R4旁并联有连接到VDD与地GND1之间的滤波电容C4、C5。

第一PMOS FET管Q3， Q3的栅极接第一共源共栅放大器10的信号输出端，即与第一晶体管Q1的漏极连接，而Q3的源极通过上拉电阻R6接偏置电压VDD，Q3的漏极通过第二反馈电阻R8接到地GND12，Q3的漏极为信号输出端，其后连接第一源极跟随器Q4。在上拉电阻R6旁并联有连接到VDD与地GND2之间的滤波电容C6、C7。

第一源极跟随器包括第四晶体管Q4，且Q4的栅极连接第一PMOS FET管Q3的漏极，Q4的源极通过第三反馈电阻R9接地GND13，且Q4源极连接第二共源共栅放大器30的信号输入端，Q4的漏极通过上拉电阻R7接到偏置电压VDD。在上拉电阻R7旁并联有连接到VDD与地GND3之间的滤波电容C8、C9。

第二共源共栅放大器30，包括第五晶体管Q5、第六晶体管Q6，且第六晶体管Q6的源极与第五晶体管Q5的漏极相连，且第六晶体管Q6的栅极通过上拉电阻R10接偏置电压VDD。第六晶体管Q6的漏极通过上拉电阻R11接偏置电压VDD，第五晶体管Q5的栅极连接第四晶体管Q4的源极；而第五晶体管Q5的源极通过第四反馈电阻R12接到地GND11，且第六晶体管Q6的漏极为该第二共源共栅放大器30的信号输出端，其连接第二PMOS FET管40的信号输入端。而上拉电阻R10旁并联有连接到VDD与地GND1之间的滤波电容C10、C11；上拉电阻R11旁并联有连接到VDD与地GND1的滤波电容C12、C13。

第四PMOS FET管Q7， Q7的栅极接第二共源共栅放大器10的信号输出端，即与第六晶体管Q6的漏极连接，而Q7的源极通过上拉电阻R13接偏置电压VDD，Q7的漏极通过第五反馈电阻R15接到地GND12，该漏极也连接第二源极跟随器Q8的栅极。在上拉电阻R13旁并联有连接到VDD与地GND2之间的滤波电容C14、C15。

第二源极跟随器包括第八晶体管Q8，且Q8的栅极连接第七晶体管Q7的漏极，Q8的源极通过第六反馈电阻R16接地GND13，且源极连接第三级共源共栅放大器50的信号输入端，Q8的漏极通过上拉电阻R14接到偏置电压VDD。在上拉电阻R14旁并联有连接到VDD与地GND3之间的滤波电容C16、C17。

第三级共源共栅放大器50，包括第十晶体管Q10、第九晶体管Q9，且第十晶体管Q10的源极与第九晶体管Q9的漏极相连，且第十晶体管Q10的栅极通过上拉电阻R17接偏置电压VDD。第十晶体管Q10的漏极通过上拉电阻R18接偏置电压VDD，第九晶体管Q9的栅极连接第八晶体管Q8的源极；而第九晶体管Q9的源极通过第七反馈电阻R19接到地GND11，且第十晶体管Q10的漏极为该第五级放大电路50的信号输出端，其连接第三源极跟随器的信号输入端。而上拉电阻R17旁并联有连接到地GND1的滤波电容C18、C19；在上拉电阻R18旁并联有连接到VDD与地GND1之间的滤波电容C20、C21。

第三源极跟随器包括第十一晶体管Q11，且Q11的栅极连接第十晶体管Q10的漏极，Q11的源极通过第八反馈电阻R20接地GND15，且源极连接本实用新型所述一种高保真音频前置功率放大器的信号输出端OUT，且在Q11源极与信号输出端之间串有输出滤波电容C22。

本实用新型的一种音频前置功率放大器，原始音源信号从IN端输入，经过输入滤波电容C1滤波后输入到第二晶体管Q2。偏置电压VDD依次经过相互串联的分压电阻R1和R2，R1和R2的公共连接端与第二晶体管Q2的栅极连接，为Q2提供偏置电压，且分压电阻R2的另一端连接到地GND10。

音源信号经过输入滤波电容C1滤波后，输入到第一共源共栅放大器10，信号经过共源管Q2产生与输入音源信号电压成正比的小信号漏电流，即共源管Q2可等效为栅控电流源；而共栅管Q1使从共源管Q2输入的漏电流放大再经共栅管Q1的漏极放大输出，该信号与音源信号相比幅值被放大，但是相位相反。该放大的输出电流信号再输入到第一PMOS FET管20，连接到PMOS FET管Q3的栅极，信号第二次被放大从Q3的漏极输出。经过Q3的放大使输出信号偏离静态工作点的幅值不至于太大，而在偏置电压VDD一定的情况下，能增大整个电路的动态范围，减少失真。在Q2的源极端有连接到地的第一反馈电阻R5，该电阻能形成小环路的电流反馈，具体过程是当从第二晶体管Q2的栅极端输入的电压升高时，漏极到源极之间的电流会增大，该电流通过源极的第一反馈电阻R5后，使得源极的电压升高，此时栅极到源极之间的变压变小，又使得漏极到源极之间的电压升高，从而稳定电路的输出。也避免了大环路的深度负反馈带来的失真，能大大减少交越失真。

第一源极跟随器连接在第一PMOS FET管20和第二共源共栅放大器30之间，能起到隔离的作用，也能增加电路带负载能力。经过第一PMOS FET管20放大的信号再依次经过第二共源共栅放大器30、第二PMOS FET管40、第二源极跟随器、第三共源共栅放大器50和第三源极跟随器后，最后经过输出滤波电容C22滤波后输出。由于第二共源共栅放大器30、第三共源共栅放大器50均采用共源共栅结构，原理与第一共源共栅放大器10相同，在这里不再赘述。

本实用新型中所述的一种音频前置功率放大器，Q1、Q2、Q4、Q5、Q6、Q8、Q9、Q10和Q11均为N型BJT管或N型MOS管，Q3和Q7为PMOS FET管，且所有BJT晶体管管均工作在放大区（MOS管工作在饱和区），能保证整个放大电路高增益的同时，避免了晶体管脱离饱和区而产生严重的开关失真和交越失真，且本实用新型中所有的晶体管管均优选采用频率特性高的晶体管，以减少开关失真。

本实用新型中所述的一种音频前置功率放大器，其偏置电压VDD优选为64V，采用高偏置电压能增加整个放大器的动态范围，减少失真。且上文中所述的接地点GND1、GND2、GND3、GND10、GND11、GND12、GND13和GND15均相互隔离，能减少线路之间的相互干扰，从而减少噪声。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高保真音频前置功率放大器，其特征在于：其包括依次连接的第一共源共栅放大器、第一PMOS FET管、第一源极跟随器、第二共源共栅放大器、第二PMOS FET管、第二源极跟随器、第三共源共栅放大器、第三源极跟随器；其中，

第一共源共栅放大器连接信号输入端，对输入的信号进行第一级放大；

第一PMOS FET管，其栅极连接第一共源共栅放大器的信号输出端，对输入信号进行第二级放大；

第一源极跟随器，连接第一PMOS FET管的漏极，隔离第一PMOS FET管和第二共源共栅放大器；

第二共源共栅放大器，连接第一源极跟随器的信号输出端，对输入信号进行第三级放大；

第二PMOS FET管，其栅极连接第二共源共栅放大器的信号输出端，对输入信号进行第四级放大；

第二源极跟随器，连接第二PMOS FET管的漏极，用于隔离第二PMOS FET管和第三共源共栅放大器；

第三共源共栅放大器，连接第二源极跟随器的信号输出端，对输入信号进行第五级放大；

第三源极跟随器，为所述前置功率放大器的信号输出端。

2.如权利要求1所述的一种高保真音频前置功率放大器，其特征在于：所述第一共源共栅放大器包括第一晶体管、第二晶体管和第一反馈电阻，其中，第二晶体管的栅极为信号输入端，第二晶体管的漏极与第一晶体管的源极相连，第二晶体管的源极通过第一反馈电阻接地，第一晶体管的漏极为信号输出端。

3.如权利要求2所述的一种高保真音频前置功率放大器，其特征在于：还包括第二反馈电阻，所述第一PMOS FET管的栅极与第一晶体管的漏极连接，且第一PMOS FET管的漏极通过第二反馈电阻接地。

4.如权利要求3所述的一种高保真音频前置功率放大器，其特征在于：

所述第一源极跟随器包括第四晶体管和第三反馈电阻，所述第四晶体管的栅极与第一PMOS FET管的漏极相连，第四晶体管的源极通过第三反馈电阻接地，所述第四晶体管的源极为信号输出端。

5.如权利要求4所述的一种高保真音频前置功率放大器，其特征在于：所述第二共源共栅放大器包括第五晶体管、第六晶体管和第四反馈电阻，且第五晶体管的栅极与第四晶体管的源极相连，第五晶体管的漏极与第六晶体管的源极相连，第五晶体管的源极通过第四反馈电阻接地，且第六晶体管的漏极为信号输出端。

6.如权利要求5所述的一种高保真音频前置功率放大器，其特征在于：还包括第五反馈电阻，所述第二PMOS FET管的栅极与第六晶体管的漏极连接，且第二PMOS FET管的漏极通过第五反馈电阻接地。

7.如权利要求6所述的一种高保真音频前置功率放大器，其特征在于：

所述第二源极跟随器包括第八晶体管和第六反馈电阻，所述第八晶体管的栅极与第二PMOS FET管的漏极相连，第八晶体管的源极通过第六反馈电阻接地，所述第八晶体管的源极为信号输出端。

8.如权利要求7所述的一种高保真音频前置功率放大器，其特征在于：所述第三共源共栅放大器包括第九晶体管、第十晶体管和第七反馈电阻，且第九晶体管的栅极与第八晶体管的源极相连，第九晶体管的漏极与第十晶体管源极相连，第九晶体管的源极通过第七反馈电阻接地，且第十晶体管的漏极为信号输出端。

9.如权利要求8中所述的一种高保真音频前置功率放大器，其特征在于：

所述第三源极跟随器包括第十一晶体管和第八反馈电阻，所述第十一晶体管的栅极与第十晶体管的漏极相连，第十一晶体管的源极通过第八反馈电阻接地，所述第十一晶体管的源极为所述前置功率放大器的信号输出端。

10.如权利要求9所述的一种高保真音频前置功率放大器，其特征在于：所述第一晶体管、第二晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管和第十一晶体管均为N型BJT管或N型MOS管。