CN207603889U - 可变阻抗的功放功率限制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可变阻抗的功放功率限制装置，它包括功率限制控制单元、小信号放大单元、功率放大及终端单元、信号采样单元、音频信号输入单元及终端阻抗预设单元；所述的功率限制控制单元分别与所述小信号放大单元、信号采样单元以及终端阻抗预设单元连接；所述小信号放大单元还分别与所述音频信号输入单元以及功率放大及终端单元连接；所述功率放大及终端单元还与所述信号采样单元连接。本实用新型解决了功放与音箱匹配的模糊性，可以简单、直观地实现专业音频功率放大器与专业音箱的阻抗匹配，提升音响扩声系统的可靠性和声音还原的保真度，方便了系统工程师的方案设计，提高了调音师的工作效率。

Description

可变阻抗的功放功率限制装置

技术领域

本实用新型涉及音频扩声技术领域，具体涉及一种可变阻抗的功放功率限制装置。

背景技术

在专业音频扩声领域，为了保证音响系统的安全性和声音还原的保真度，传统的方式是在专业音频功率放大器前面增加一台专业音频压限器，这样虽可达到目的，但是这种方式成本高昂、调试困难；也有专业功放生产厂家将简易的压缩电路内置于功放中，这种简易方式可以让功放在较窄的范围内(8Ω时可以)对音响系统起到一定的保护作用。由于在实际工程应用中所采用的音箱器材不是一成不变的，功放将面对8Ω、4Ω、2Ω等不同阻抗的音箱单元的情况，功放的能量储备在不同的负载情况下变化是很大的，如果对所使用的功放不熟悉就难以进行合理的匹配，易出现过载失真的情况，难以让音响系统发挥最佳的效果；严重者将损坏功放、烧毁音箱的扬声器单元。因此上述两种音频压缩方式均不能直接实现功放与音箱的阻抗匹配，扩声系统的声压及音质只能靠调音师的感觉来现场控制，扩声系统的安全性和声音还原的保真度均不能得到保证。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种可变阻抗的功放功率限制装置。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种可变阻抗的功放功率限制装置，它包括功率限制控制单元、小信号放大单元、功率放大及终端单元、信号采样单元、音频信号输入单元及终端阻抗预设单元；所述的功率限制控制单元分别与所述小信号放大单元、信号采样单元以及终端阻抗预设单元连接；所述小信号放大单元还分别与所述音频信号输入单元以及功率放大及终端单元连接；所述功率放大及终端单元还与所述信号采样单元连接；

上述各单元之间的信号传输关系为：所述音频信号输入单元的弱信号进入到小信号放大单元进行第一级放大，该信号再进入功率放大及终端单元进行第二级放大，将输出信号驱动终端单元；同时，所述输出信号送入信号采样单元，采样信号经检波后进入功率限制控制单元；同时，终端阻抗预设单元的参数预设值输出至功率限制控制单元；最后，功率限制控制单元的控制信号与小信号放大单元相连接，形成一个闭环的信号限制电路，用于限制功放输出功率。

更进一步的技术方案是所述的功率限制控制单元包括：第一二极管、第四二极管、第十电阻、第十一电阻、第五电容及线性光耦；其中，第一二极管的负极端与阻抗预设转换开关的第4脚连接，第一二极管的正极端与第十电阻的一端、第五电容的一端、光耦的第2脚连接，且与信号采样单元的第二二极管的正极端连接；所述第四二极管的正极端与阻抗预设转换开关的第8脚连接，所述第一二极管的负极端与所述第十电阻的另一端、第五电容的另一端、第十一电阻的一端连接，且与信号采样单元的第三二极管的负极端连接；所述第十一电阻的另一端与光耦的第1脚连接；所述光耦的第3、4脚为控制信号输出端，与小信号放大单元的对应连接点连接。

更进一步的技术方案是所述的小信号放大单元包括：运放、第三电阻、第四电阻及第三电容；

其中，所述运放的第3脚与音频信号输入单元的第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第二电容的一端连接，且与功率限制控制单元的光耦的第3脚连接；

所述运放的第2脚与第三电阻的一端、第四电阻的一端、第三电容的一端连接，且与功率限制控制单元的光耦的第4脚连接；所述第三电阻的另一端与地连接；

所述运放的第1脚与所述第四电阻的另一端、第三电容的另一端连接，且与功率放大单元的第四电解电容的正极连接；所述运放的第8脚为正电源脚，接+12V；所述运放的第4脚为负电源脚，接-12V。

更进一步的技术方案是所述的功率放大及终端单元包括：第四电解电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、功率放大模块及终端负载；其中，所述第四电解电容的负极与第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述第六电阻的一端连接，且与功率放大模块的正端连接；所述第六电阻的另一端与地连接；所述第七电阻的一端与所述第八电阻的一端连接，且与功率放大模块的负端连接；所述第七电阻的另一端与地连接；功率放大模块的输出端与所述第八电阻的另一端、终端负载的一端连接，且与信号采样单元的第九电阻的一端连接；所述终端负载的另一端与地连接；所述功率放大模块的正电源由VCC提供，所述功率放大模块的负电源由VEE提供。

更进一步的技术方案是所述的信号采样单元包括：第九电阻、第二二极管及第三二极管；其中，所述第九电阻的另一端与所述第二二极管的负极端连接，且与第三二极管的正极端连接；所述第二二极管的正极端、第三二极管的负极端分别与功率限制控制单元的对应连接点连接。

更进一步的技术方案是所述的音频信号输入单元包括：第一电解电容、第一电阻、第二电阻及第二电容；其中，所述第一电解电容的正端接音频信号输入端口，第一电解电容的负端与第一电阻的一端连接；第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端、第二电容的一端连接；所述第二电阻的另一端与地连接；所述第二电容的另一端与地连接。

更进一步的技术方案是所述的终端阻抗预设单元包括：第一稳压二极管、第二稳压二极管、第三稳压二极管、第四稳压二极管、第五稳压二极管、第六稳压二极管及转换开关；其中，正电源VCC与第一稳压二极管的负极、第二稳压二极管的负极连接，且与第三稳压二极管的负极连接；负电源VEE与第四稳压二极管的正极、第五稳压二极管的正极连接，且与第六稳压二极管的正极连接；所述第一稳压二极管的正极与阻抗预设转换开关的第1脚连接；所述第二稳压二极管的正极与阻抗预设转换开关的第2脚连接；所述第三稳压二极管的正极与阻抗预设转换开关的第3脚连接；所述第四稳压二极管的负极与阻抗预设转换开关的第5脚连接；所述第五稳压二极管的负极与阻抗预设转换开关的第6脚连接；所述第六稳压二极管的负极与阻抗预设转换开关的第7脚连接；所述转换开关的第4脚与第一二极管的负极端连接；转换开关的第8脚与第四二极管的正极端连接；转换开关的第1、2、3脚和其第5、6、7脚为转换开关的定刀，第4脚和第8脚为转换开关的动刀。

与现有技术相比，本实用新型实施例的有益效果之一是：

本实用新型增加了终端阻抗预设单元，保证音箱阻抗与功放的阻抗预设参数一致，实现精确匹配阻抗的目的，解决了功放与音箱匹配的模糊性，可以简单、直观地实现专业音频功率放大器与专业音箱的阻抗匹配，提升音响扩声系统的可靠性和声音还原的保真度，方便了系统工程师的方案设计，提高了调音师的工作效率。

本实用新型改进了功率限制控制单元的光耦输出控制信号与小信号放大单元连接方式。传统的连接方式是将光耦输出控制信号与小信号放大单元运放的负反馈电阻并联；本实用新型将功率限制控制单元的光耦输出控制信号连接于小信号放大单元运放的正负输入端，这种连接方式减小了输入输出的相位偏差，提升了声音的保真度。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的系统原理图。

图2为本实用新型一个实施例的电路原理图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。

在下面的详细描述中，出于解释的目的描述了许多具体描述以便能够彻底理解所公开的实施方案，然而，很明显一个或多个实施方式可以在不使用这些具体描述的情况下实施，在其他实例中，示意性地显示已知结构和装置，以便简化附图。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，本实施例公开的可变阻抗的功放功率限制装置，该装置包括功率限制控制单元1、小信号放大单元2、功率放大及终端单元3、信号采样单元4、音频信号输入单元5及终端阻抗预设单元6。

具体的，本实施例可变阻抗的功放功率限制装置的各单元模块之间连接关系如下：所述功率限制控制单元1的一端与终端阻抗预设单元6连接，另一端与信号采样单元4连接，再一端与小信号放大单元2连接；音频信号输入单元5的输出端与小信号放大单元2的一端连接；小信号放大单元2的输出一端与功率放大及终端单元3连接；功率放大及终端单元3的一端与信号采样单元4连接。

进一步的，本实施例可变阻抗的功放功率限制装置的各单元模块之间的信号传输关系如下：由音频信号输入单元5来的弱信号进入到小信号放大单元2进行第一级放大，该信号再进入功率放大及终端单元3进行第二级放大，使音频信号达到设计要求的电压幅度和电流大小，将此具有一定功率的输出信号去驱动终端单元(即：负载)；与此同时，功放输出信号送入信号采样单元4，然后该采样信号经检波后进入功率限制控制单元1；与此同时，终端阻抗预设单元6的参数预设值也进入了功率限制控制单元1；最后功率限制控制单元1的控制信号与小信号放大单元2相连接，形成一个闭环的信号限制电路，从而达到了限制功放输出功率大小的目的。本实施例增加了终端阻抗预设单元，保证音箱阻抗与功放的阻抗预设参数一致，实现精确匹配阻抗的目的，方便了系统工程师的方案设计，提高了调音师的工作效率。

本实施例改进了功率限制控制单元的光耦输出控制信号与小信号放大单元连接方式。传统的连接方式是将光耦输出控制信号与小信号放大单元运放的负反馈电阻并联；本实施例将功率限制控制单元的光耦输出控制信号连接于小信号放大单元运放的正负输入端，这种连接方式减小了输入输出的相位偏差，提升了声音的保真度。

具体的，如图2所示，进一步通过如图2所示的具体电路实施方式，详细介绍本实施例可变阻抗的功放功率限制装置的工作方式。

如图2所示，本实施例中所述功率限制控制单元包括：第一二极管D1、第四二极管D4、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五电容C5及线性光耦GK1；其中，第一二极管D1的负极端与阻抗预设转换开关SW1的第4脚连接，第一二极管D1的正极端与第十电阻R10的一端、第五电容C5的一端、光耦GK1的第2脚连接，且与信号采样单元的第二二极管D2的正极端连接；所述第四二极管D4的正极端与阻抗预设转换开关SW1的第8脚连接，所述第一二极管D1的负极端与所述第十电阻R10的另一端、第五电容C5的另一端、第十一电阻R11的一端连接，且与信号采样单元的第三二极管D3的负极端连接；所述第十一电阻R11的另一端与光耦GK1的第1脚连接；所述光耦GK1的第3、4脚为控制信号输出端，与小信号放大单元的对应连接点连接。

本实施例所述小信号放大单元包括：运放U1、第三电阻R3、第四电阻R4及第三电容C3；其中，所述运放U1的第3脚与音频信号输入单元的第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端连接，且与功率限制控制单元的光耦GK1的第3脚连接；所述运放U1的第2脚与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第三电容C3的一端连接，且与功率限制控制单元的光耦GK1的第4脚连接；所述第三电阻R3的另一端与地连接；所述运放U1的第1脚与所述第四电阻R4的另一端、第三电容C3的另一端连接，且与功率放大单元的第四电解电容C4的正极连接；所述运放U1的第8脚为正电源脚，接+12V；所述运放U1的第4脚为负电源脚，接-12V。

本实施例中所述功率放大及终端单元包括：第四电解电容C4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、功率放大模块U2及终端负载RL；其中，所述第四电解电容C4的负极与第五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端与所述第六电阻R6的一端连接，且与功率放大模块U2的正端连接；所述第六电阻R6的另一端与地连接；所述第七电阻R7的一端与所述第八电阻R8的一端连接，且与功率放大模块U2的负端连接；所述第七电阻R7的另一端与地连接；功率放大模块U2的OUT输出端与所述第八电阻R8的另一端、终端负载RL的一端连接，且与信号采样单元的第九电阻R9的一端连接；所述终端负载RL的另一端与地连接；所述功率放大模块U2的正电源由VCC提供，所述功率放大模块U2的负电源由VEE提供。

本实施例中所述信号采样单元包括：第九电阻R9、第二二极管D2及第三二极管D3；其中，所述第九电阻R9的另一端与所述第二二极管D2的负极端连接，且与第三二极管D3的正极端连接；所述第二二极管D2的正极端、第三二极管D3的负极端分别与功率限制控制单元的对应连接点连接。

本实施例中所述音频信号输入单元包括：第一电解电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2及第二电容C2；其中，所述第一电解电容C1的正端接音频信号输入端口，第一电解电容C1的负端与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端连接；所述第二电阻R2的另一端与地连接；所述第二电容C2的另一端与地连接。

本实施例中所述终端阻抗预设单元包括：第一稳压二极管ZD1、第二稳压二极管ZD2、第三稳压二极管ZD3、第四稳压二极管ZD4、第五稳压二极管ZD5、第六稳压二极管ZD6及转换开关SW1；其中，正电源VCC与第一稳压二极管ZD1的负极、第二稳压二极管ZD2的负极连接，且与第三稳压二极管ZD3的负极连接；负电源VEE与第四稳压二极管ZD4的正极、第五稳压二极管ZD5的正极连接，且与第六稳压二极管ZD6的正极连接；所述第一稳压二极管ZD1的正极与阻抗预设转换开关SW1的第1脚连接；所述第二稳压二极管ZD2的正极与阻抗预设转换开关SW1的第2脚连接；所述第三稳压二极管ZD3的正极与阻抗预设转换开关SW1的第3脚连接；所述第四稳压二极管ZD4的负极与阻抗预设转换开关SW1的第5脚连接；所述第五稳压二极管ZD5的负极与阻抗预设转换开关SW1的第6脚连接；所述第六稳压二极管ZD6的负极与阻抗预设转换开关SW1的第7脚连接；所述转换开关SW1的第4脚与第一二极管D1的负极端连接；转换开关SW1的第8脚与第四二极管D4的正极端连接；转换开关SW1的第1、2、3脚和其第5、6、7脚为转换开关的定刀，第4脚和第8脚为转换开关的动刀。

上述本实施例的可变阻抗的功放功率限制装置的电路原理说明如下：

音频信号通过第一电解电容C1耦合进入音频信号输入单元，第一电阻R1和第二电容C2组成RC低通滤波器，将超出音频范围的高频信号滤除；运放U1将弱信号进行第一级放大后由U1的第1脚输出；通过第四电解电容C4耦合后，经过第五电阻R5进入功率放大模块U2的“+”端进行第二级放大，使音频信号达到设计要求的电压幅度和电流大小，将此具有一定功率的输出信号去驱动终端负载RL；与此同时，信号采样单元的第九采样电阻R9对功放输出信号进行采样，然后该采样信号经第二二极管D2、第三二极管D3检波后进入功率限制控制单元进行电平比较；功率限制控制单元的比较电平大小由终端阻抗预设单元通过转换开关SW1的位置决定，图中定义转换开关SW1的第1、5脚对应于8Ω负载，转换开关SW1的第2、6脚对应于4Ω负载，转换开关SW1的第3、7脚对应于2Ω负载；第一稳压二极管ZD1与第四稳压二极管ZD4为一组，两者参数一致，定义为VZ1；第二稳压二极管ZD2与第五稳压二极管ZD5为一组，参数一致，定义为VZ2；第三稳压二极管ZD3与第六稳压二极管ZD6为一组，参数一致，定义为VZ3；这三组稳压二极管的稳压参数大小关系为VZ1＜VZ2＜VZ3；转换开关SW1的不同位置，在第十电阻R10两端建立了不同的电平；当输出采样信号高于设定电平时，光耦GK1就导通，第一电阻R11为光耦限流电阻，光耦GK1为线性光耦器件，不同导通电流其输出端电阻阻值不一样；由于光耦GK1的输出端连接于小信号放大单元U1的2(运放负输入端)、3(运放正输入端)脚，当其输出端随信号大小阻值变化时，进入运放U1的输入信号大小也将呈现不同的衰减，即：功率输出信号越大，输入信号的衰减也越大，让输出信号始终不超过设定范围，防止输出失真，而没有超过设定参数的输出信号则不受影响。这样一个闭环的信号控制网络，控制了功放驱动不同负载(8Ω、4Ω、2Ω等)的信号输出幅度，从而实现了限制功放输出功率大小的目的。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。

尽管这里参照实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (7)

1.一种可变阻抗的功放功率限制装置，它包括功率限制控制单元、小信号放大单元、功率放大及终端单元、信号采样单元、音频信号输入单元及终端阻抗预设单元；其特征在于：所述的功率限制控制单元分别与所述小信号放大单元、信号采样单元以及终端阻抗预设单元连接；所述小信号放大单元还分别与所述音频信号输入单元以及功率放大及终端单元连接；所述功率放大及终端单元还与所述信号采样单元连接；

上述各单元之间的信号传输关系为：所述音频信号输入单元的弱信号进入到小信号放大单元进行第一级放大，该信号再进入功率放大及终端单元进行第二级放大，将输出信号驱动终端单元；同时，所述输出信号送入信号采样单元，采样信号经检波后进入功率限制控制单元；同时，终端阻抗预设单元的参数预设值输出至功率限制控制单元；最后，功率限制控制单元的控制信号与小信号放大单元相连接，形成一个闭环的信号限制电路，用于限制功放输出功率。

2.根据权利要求1所述的可变阻抗的功放功率限制装置，其特征在于所述的功率限制控制单元包括：第一二极管、第四二极管、第十电阻、第十一电阻、第五电容及线性光耦；其中，第一二极管的负极端与阻抗预设转换开关的第4脚连接，第一二极管的正极端与第十电阻的一端、第五电容的一端、光耦的第2脚连接，且与信号采样单元的第二二极管的正极端连接；

所述第四二极管的正极端与阻抗预设转换开关的第8脚连接，所述第一二极管的负极端与所述第十电阻的另一端、第五电容的另一端、第十一电阻的一端连接，且与信号采样单元的第三二极管的负极端连接；所述第十一电阻的另一端与光耦的第1脚连接；所述光耦的第3、4脚为控制信号输出端，与小信号放大单元的对应连接点连接。

3.根据权利要求1所述的可变阻抗的功放功率限制装置，其特征在于所述的小信号放大单元包括：运放、第三电阻、第四电阻及第三电容；

其中，所述运放的第3脚与音频信号输入单元的第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第二电容的一端连接，且与功率限制控制单元的光耦的第3脚连接；

所述运放的第2脚与第三电阻的一端、第四电阻的一端、第三电容的一端连接，且与功率限制控制单元的光耦的第4脚连接；所述第三电阻的另一端与地连接；

所述运放的第1脚与所述第四电阻的另一端、第三电容的另一端连接，且与功率放大单元的第四电解电容的正极连接；所述运放的第8脚为正电源脚，接+12V；所述运放的第4脚为负电源脚，接-12V。

4.根据权利要求1所述的可变阻抗的功放功率限制装置，其特征在于所述的功率放大及终端单元包括：第四电解电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、功率放大模块及终端负载；其中，所述第四电解电容的负极与第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述第六电阻的一端连接，且与功率放大模块的正端连接；所述第六电阻的另一端与地连接；

所述第七电阻的一端与所述第八电阻的一端连接，且与功率放大模块的负端连接；所述第七电阻的另一端与地连接；功率放大模块的输出端与所述第八电阻的另一端、终端负载的一端连接，且与信号采样单元的第九电阻的一端连接；所述终端负载的另一端与地连接；所述功率放大模块的正电源由VCC提供，所述功率放大模块的负电源由VEE提供。

5.根据权利要求1所述的可变阻抗的功放功率限制装置，其特征在于所述的信号采样单元包括：第九电阻、第二二极管及第三二极管；其中，所述第九电阻的另一端与所述第二二极管的负极端连接，且与第三二极管的正极端连接；所述第二二极管的正极端、第三二极管的负极端分别与功率限制控制单元的对应连接点连接。

6.根据权利要求1所述的可变阻抗的功放功率限制装置，其特征在于所述的音频信号输入单元包括：第一电解电容、第一电阻、第二电阻及第二电容；

其中，所述第一电解电容的正端接音频信号输入端口，第一电解电容的负端与第一电阻的一端连接；第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端、第二电容的一端连接；所述第二电阻的另一端与地连接；所述第二电容的另一端与地连接。

7.根据权利要求1所述的可变阻抗的功放功率限制装置，其特征在于所述的终端阻抗预设单元包括：第一稳压二极管、第二稳压二极管、第三稳压二极管、第四稳压二极管、第五稳压二极管、第六稳压二极管及转换开关；

其中，正电源VCC与第一稳压二极管的负极、第二稳压二极管的负极连接，且与第三稳压二极管的负极连接；负电源VEE与第四稳压二极管的正极、第五稳压二极管的正极连接，且与第六稳压二极管的正极连接；所述第一稳压二极管的正极与阻抗预设转换开关的第1脚连接；所述第二稳压二极管的正极与阻抗预设转换开关的第2脚连接；所述第三稳压二极管的正极与阻抗预设转换开关的第3脚连接；所述第四稳压二极管的负极与阻抗预设转换开关的第5脚连接；所述第五稳压二极管的负极与阻抗预设转换开关的第6脚连接；所述第六稳压二极管的负极与阻抗预设转换开关的第7脚连接；所述转换开关的第4脚与第一二极管的负极端连接；转换开关的第8脚与第四二极管的正极端连接；转换开关的第1、2、3脚和其第5、6、7脚为转换开关的定刀，第4脚和第8脚为转换开关的动刀。