CN212649422U - 低成本音频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于功率放大器技术领域，具体涉及一种音频功率放大器。低成本音频功率放大器，包括音频功放电路，音频功放电路包括依次连接的音频放大电路、脉宽调制电路和功率放大电路；音频放大电路采用共发射极放大电路；脉宽调制电路采用比较器，比较器的同向输入端连接共发射极放大电路的输出端，比较器的反向输入端连接三角滤波发生器电路；功率放大电路采用推挽型射极跟随器，比较器的输出端连接推挽型射极跟随器的输入端。本实用新型具有低成本、小体积、效率高、输出功率大和音质好的显著优点。

Description

低成本音频功率放大器

技术领域

本实用新型属于功率放大器技术领域，具体涉及一种音频功率放大器。

背景技术

能够向负载输出足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。功放电路在很多领域都有应用，如家用电器行业、无线通信行业、医疗保健行业、交通行业等等。不同行业对功放的要求也各不相同。如市面上销售的高清平板显示电视机、电子玩具等要求功放电路的体积要尽可能小，并且效率要高。原有的模拟音频功率放大器不能满足要求，采用专用的集成音频功率放大芯片，成本又较高，并且有时受电源电压的限制，甚至根本不能使用专用集成音频功率放大芯片。

实用新型内容

本实用新型针对现有的模拟音频功率放大器体积大、效率低、对电源的要求较高的技术问题，目的在于提供一种低成本音频功率放大器。

低成本音频功率放大器，包括音频功放电路，所述音频功放电路包括依次连接的音频放大电路、脉宽调制电路和功率放大电路；

所述音频放大电路采用共发射极放大电路；

所述脉宽调制电路采用比较器，所述比较器的同向输入端连接所述共发射极放大电路的输出端，所述比较器的反向输入端连接三角波发生器电路；

所述功率放大电路采用推挽型射极跟随器，所述比较器的输出端连接所述推挽型射极跟随器的输入端。

本实用新型通过上述电路设计后，输入的音频信号首先经过放大，在比较器构成的脉冲宽度调制中，在同向输入端送入放大之后的音频信号，反向输入端输入一定频率的三角波，得到音频信号的脉宽调制信号，然后进行功率放大，最后驱动扬声器发声，本实用新型使用的元器件较少，且体积小，成本很低。

所述共发射极放大电路包括第一三极管，所述第一三极管的基极端分别通过第一电阻连接供电电压、通过第一电容连接外部信号输入端、通过第十电阻接地；

所述第一三极管的发射极端通过第十一电阻接地；

所述第一三极管的集电极端通过第二电阻连接所述供电电压，所述第一三极管的集电极端作为所述共发射极放大电路的输出端连接所述比较器的同向输入端。采用第一三极管与周围电阻构成本实用新型的共发射极放大电路，由于第十一电阻的负反馈作用，使得本实用新型的共发射极放大电路的静态工作点很稳定，并且放大倍数仅由第二电阻和第十一电阻决定，受温度的影响较小。

所述第一三极管采用NPN型三极管。

所述第一电容的正极连接所述第一三极管的基极端。

所述三角波发生器电路包括第二三极管和第三三极管，所述第二三极管的集电极端通过第三电阻连接供电电压，所述第二三极管的发射极端接地，所述第二三极管的基极端通过第五电阻连接所述供电电压；

所述第三三极管的集电极端通过第六电阻连接所述供电电压，所述第三三极管的发射极端接地，所述第三三极管的基极端通过第四电阻连接所述供电电压；

所述第二三极管的集电极端通过第二电容连接所述第三三极管的基极端，所述第二三极管的基极端通过第三电容连接所述第三三极管的集电极端；

所述第三三极管的集电极端依次通过第九电阻和第五电容接地；

所述第九电阻和所述第五电容的公共端作为所述三角波发生器电路的输出端连接所述比较器的反向输入端。本实用新型通过第二三极管和第三三极管构成多谐振荡器，从第三三极管的集电极端输出一定频率的方波，方波的频率和占空比由第四电阻和第五电阻、第二电容和第三电容决定。第三三极管的集电极端输出的方波通过第九电阻对第五电容进行充放电，因此第五电容两端可以得到三角波。

所述第二三极管和所述第三三极管采用NPN型三极管。

所述第九电阻和所述第五电容的公共端作为所述三角波发生器电路的输出端通过第四电容连接所述比较器的反向输入端；

所述比较器的反向输入端分别通过第七电阻连接所述供电电压、通过第十二电阻接地。本实用新型还在比较器构成的脉宽调制电路的反向输入端通过第七电阻和第十二电阻提供一个直流偏压，让第五电容两端产生的三角波驮载在该直流偏压上。在比较器的同向输入端送入放大之后的音频信号，于是比较器的输出端就可以得到音频信号的脉宽调制信号。

所述三角波发生器电路还可以利用555定时器构成，具体结构如下：

所述三角波发生器电路包括555定时器，所述555定时器的输出端通过第十三电阻连接所述比较器的反向输入端，所述555定时器的阈值端和触发端均连接所述比较器的反向输入端，所述555定时器的阈值端和触发端还通过第六电容接地。本实用新型利用555定时器构成三角波发生器电路，在外围只需使用一个电阻和一个电容就能够输出一定频率的三角波，调试起来非常方便简单，并且易于生产。

所述比较器的输出端还通过第八电阻连接供电电压。由于目前有很多比较器采用集电极开路输出，输出端必须外接上拉电阻才能输出高电平，因此本实用新型通过第八电阻作为比较器的上拉电阻。

所述推挽型射极跟随器包括第四三极管、第五三极管、第六三极管和第七三极管，所述第四三极管、所述第六三极管的基极端分别连接所述比较器的输出端，所述第四三极管的发射极端连接所述第五三极管的基极端，所述第四三极管的集电极端、所述第五三极管的集电极端均连接供电电压，所述第五三极管的发射极端连接所述第七三极管的发射极端，所述五三极管和所述第七三极管的公共端还依次通过第一电感和第七电容接地，所述第一电感和所述第七电容的公共端通过第八电容连接负载的信号输入端；

所述第七三极管的基极端连接所述第六三极管的发射极端，所述第六三极管的集电极端、所述第七三极管的集电极端均接地。本实用新型通过四个三极管构成推挽型射极跟随器，对输入的脉宽调制信号进行功率放大。其中第一电感和第七电容构成低通滤波电路，用于还原出原来的音频信号。第八电容用来隔离直流分量，只让交流的音频信号通过。本实用新型的第四三极管、第五三极管、第六三极管和第七三极管的工作状态与传统的模拟功放的工作状态是不同的，传统的模拟功放输出端的推挽三极管工作在放大区，损耗较大，效率较低，而本实用新型采用上述结构的推挽三极管工作在截止区和饱和区，即工作在开关状态，因此三极管的损耗很小，效率很高。

所述第四三极管和第五三极管均采用NPN型三极管，所述第六三极管和所述第七三极管均采用PNP型三极管。

所述第一电感和所述第七电容的公共端连接所述第八电容的正极。

另外，如果输出的功率较大，为了进一步提高功放的效率，所述第四三极管、第五三极管、第六三极管和第七三极管均可以采用场效应管代替。由于场效应管的通态电阻很小，因此导通压降小、损耗小、效率更高。

还包括第八三极管，所述第八三极管的基极端分别通过第九电容连接音频信号输入端、通过第十四电阻连接供电电压、依次通过第十六电阻和第十七电阻连接所述第八三极管的发射极端，所述第十六电阻和所述第十七电阻的公共端接地，所述第八三极管的集电极端通过第十五电阻连接所述供电电压；

所述音频功放电路为两个，所述第八三极管的集电极端连接一个所述音频功放电路的外部信号输入端，所述第八三极管的发射极连接另一个所述音频功放电路的外部信号输入端，两个所述音频功放电路的输出端分别跨接负载两端。在电源电压一定的条件下为了进一步提高输出功率，本实用新型采用上述桥式输出电路，该电路可以在同样电源电压的条件下，输出功率可以增大到原来的4倍。第八三极管主要负责产生两路幅值相同、相位相反的信号。将两路反向的音频信号送入两个本实用新型音频功放电路形成的功放单元中，负载分别跨接在两个输出端，在负载的两端可以获得2倍的放大信号，电压增大两倍，功率就增大四倍。

所述第八三极管的基极端连接所述第九电容的正极。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型采用低成本音频功率放大器，具有如下优点：

1、成本低、体积小；

2、理论效率可以达到100％，提高了电源的传输效率；

3、改变输入电压就可以改变输出功率的大小，使用方便；

4、输出功率大。

附图说明

图1为本实用新型音频功放电路的一种整体电路图；

图2为本实用新型音频放大电路和脉宽调制电路的一种电路图；

图3为本实用新型音频放大电路和脉宽调制电路的另一种电路图；

图4为本实用新型功率放大电路的一种电路图；

图5为本实用新型桥式输出电路的一种电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。

参照图1，低成本音频功率放大器，包括音频功放电路，音频功放电路包括依次连接的音频放大电路、脉宽调制电路和功率放大电路。音频放大电路采用共发射极放大电路；脉宽调制电路采用比较器，比较器的同向输入端连接共发射极放大电路的输出端，比较器的反向输入端连接三角波发生器电路；功率放大电路采用推挽型射极跟随器，比较器的输出端连接推挽型射极跟随器的输入端。本实用新型通过上述电路设计后，输入的音频信号首先经过放大，在比较器构成的脉冲宽度调制中，在同向输入端送入放大之后的音频信号，反向输入端输入一定频率的三角波，得到音频信号的脉宽调制信号，然后进行功率放大，最后驱动扬声器发声，本实用新型使用的元器件较少，且体积小，成本很低。

参照图2和图3，共发射极放大电路包括第一三极管Q1，第一三极管Q1采用NPN型三极管。第一三极管Q1的基极端分别通过第一电阻R1连接供电电压VCC、通过第一电容C1连接外部信号输入端、通过第十电阻R10接地。第一电容C1采用具有极性的电容，第一电容C1的正极连接第一三极管Q1的基极端。第一三极管Q1的发射极端通过第十一电阻R11接地。若音频信号输入端直接与本实用新型的音频功放电路连接，则外部信号输入端即为图2和图3中的音频信号输入端。第一三极管Q1的集电极端通过第二电阻R2连接供电电压VCC，第一三极管Q1的集电极端作为共发射极放大电路的输出端连接比较器U1的同向输入端。采用第一三极管Q1与周围电阻构成本实用新型的共发射极放大电路，由于第十一电阻R11的负反馈作用，使得本实用新型的共发射极放大电路的静态工作点很稳定，并且放大倍数仅由第二电阻R2和第十一电阻R11决定，受温度的影响较小。

参照图2，是音频放大和脉宽调制的一种具体实现方式，此时的三角波发生器电路包括第二三极管Q2和第三三极管Q3，第二三极管Q2和第三三极管Q3采用NPN型三极管。第二三极管Q2的集电极端通过第三电阻R3连接供电电压VCC，第二三极管Q2的发射极端接地，第二三极管Q2的基极端通过第五电阻R5连接供电电压VCC；第三三极管Q3的集电极端通过第六电阻R6连接供电电压VCC，第三三极管Q3的发射极端接地，第三三极管Q3的基极端通过第四电阻R4连接供电电压VCC；第二三极管Q2的集电极端通过第二电容C2连接第三三极管Q3的基极端，第二三极管Q2的基极端通过第三电容C3连接第三三极管Q3的集电极端；第三三极管Q3的集电极端依次通过第九电阻R9和第五电容C5接地，第九电阻R9和第五电容C5的公共端作为三角波发生器电路的输出端通过第四电容C4连接比较器U1的反向输入端。比较器U1的反向输入端分别通过第七电阻R7连接供电电压VCC、通过第十二电阻R12接地。本实用新型通过第二三极管Q2和第三三极管Q3构成多谐振荡器，从第三三极管Q3的集电极端输出一定频率的方波，方波的频率和占空比由第四电阻R4和第五电阻R5、第二电容C2和第三电C3决定。第三三极管Q3的集电极端输出的方波通过第九电阻R9对第五电容C5进行充放电，因此第五电容C5两端可以得到三角波。本实用新型还在比较器U1构成的脉宽调制电路的反向输入端通过第七电阻R7和第十二电阻R12提供一个直流偏压，让第五电容C5两端产生的三角波驮载在该直流偏压上。在比较器U1的同向输入端送入放大之后的音频信号，于是比较器U1的输出端就可以得到音频信号的脉宽调制信号。

参照图3，是音频放大和脉宽调制的另一种实现方式，此时三角波发生器电路包括555定时器，555定时器的输出端(OUT)通过第十三电阻R13连接比较器U1的反向输入端，555定时器的阈值端(THR)和触发端(TRI)均连接比较器U1的反向输入端，555定时器的阈值端和触发端还通过第六电容C6接地。本实用新型利用555定时器构成三角波发生器电路，在外围只需使用一个电阻和一个电容就能够输出一定频率的三角波，调试起来非常方便简单，并且易于生产。

本实用新型的三角波发生器电路还可以采用现有技术中其他能产生一定频率的三角波的电路，采用其他能产生一定频率的三角波的电路也在本实用新型的保护范围内。

参照图2和图3，比较器U1的输出端即脉宽信号输出端还通过第八电阻R8连接供电电压VCC。由于目前有很多比较器U1采用集电极开路输出，输出端必须外接上拉电阻才能输出高电平，因此本实用新型通过第八电阻R8作为比较器U1的上拉电阻。

参照图4，推挽型射极跟随器包括第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6和第七三极管Q7，第四三极管Q4和第五三极管Q5均采用NPN型三极管，第六三极管Q6和第七三极管Q7均采用PNP型三极管。第四三极管Q4、第六三极管Q6的基极端分别连接比较器U1的输出端，即图4中的脉宽信号输入端。第四三极管Q4的发射极端连接第五三极管Q5的基极端，第四三极管Q4的集电极端、第五三极管Q5的集电极端均连接供电电压VCC，第五三极管Q5的发射极端连接第七三极管Q7的发射极端，五三极管和第七三极管Q7的公共端还依次通过第一电感L1和第七电容C7接地，第一电感L1和第七电容C7的公共端通过第八电容C8连接负载的信号输入端，第八电容C8采用具有极性的电容，第一电感L1和第七电容C7的公共端连接第八电容C8的正极。

第七三极管Q7的基极端连接第六三极管Q6的发射极端，第六三极管Q6的集电极端、第七三极管Q7的集电极端均接地。本实用新型通过四个三极管构成推挽型射极跟随器，对输入的脉宽调制信号进行功率放大。其中第一电感L1和第七电容C7构成低通滤波电路，用于还原出原来的音频信号。第八电容C8用来隔离直流分量，只让交流的音频信号通过。本实用新型的第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6和第七三极管Q7的工作状态与传统的模拟功放的工作状态是不同的，传统的模拟功放输出端的推挽三极管工作在放大区，损耗较大，效率较低，而本实用新型采用上述结构的推挽三极管工作在截止区和饱和区，即工作在开关状态，因此三极管的损耗很小，效率很高。

另外，如果输出的功率较大，为了进一步提高功放的效率，第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6和第七三极管Q7均可以采用场效应管代替。由于场效应管的通态电阻很小，因此导通压降小、损耗小、效率更高。

参照图5，在电源电压一定的条件下为了进一步提高输出功率，可以采用桥式输出电路。此时本实用新型还包括第八三极管Q8，第八三极管Q8的基极端分别通过第九电容C9连接音频信号输入端、通过第十四电阻R14连接供电电压Vc、依次通过第十六电阻R16和第十七电阻R17连接第八三极管Q8的发射极端，第十六电阻R16和第十七电阻R17的公共端接地，第八三极管Q8的集电极端通过第十五电阻R15连接供电电压Vc。第九电容采用具有极性的电容，第八三极管的基极端连接第九电容的正极。

本实用新型设有两个音频功放电路，分别为音频功放电路U2和音频功放电路U3。第八三极管Q8的集电极端连接音频功放电路U2的外部信号输入端，第八三极管Q8的发射极连接音频功放电路U3的外部信号输入端，两个音频功放电路的输出端分别跨接负载两端。在电源电压一定的条件下为了进一步提高输出功率，本实用新型采用上述桥式输出电路，该电路可以在同样电源电压的条件下，输出功率可以增大到原来的4倍。第八三极管Q8主要负责产生两路幅值相同、相位相反的信号。将两路反向的音频信号送入两个本实用新型音频功放电路形成的功放单元中，负载分别跨接在两个输出端，在负载的两端可以获得2倍的放大信号，电压增大两倍，功率就增大四倍。如原来是一个10W的音频功率放大电路，采用图5的电路可以获得一个40W的音频功率放大电路。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.低成本音频功率放大器，包括音频功放电路，其特征在于，所述音频功放电路包括依次连接的音频放大电路、脉宽调制电路和功率放大电路；

所述音频放大电路采用共发射极放大电路；

所述脉宽调制电路采用比较器，所述比较器的同向输入端连接所述共发射极放大电路的输出端，所述比较器的反向输入端连接三角波发生器电路；

所述功率放大电路采用推挽型射极跟随器，所述比较器的输出端连接所述推挽型射极跟随器的输入端。

2.如权利要求1所述的低成本音频功率放大器，其特征在于，所述共发射极放大电路包括第一三极管，所述第一三极管的基极端分别通过第一电阻连接供电电压、通过第一电容连接外部信号输入端、通过第十电阻接地；

所述第一三极管的发射极端通过第十一电阻接地；

所述第一三极管的集电极端通过第二电阻连接所述供电电压，所述第一三极管的集电极端作为所述共发射极放大电路的输出端连接所述比较器的同向输入端；

所述第一三极管采用NPN型三极管；

所述第一电容的正极连接所述第一三极管的基极端。

3.如权利要求1所述的低成本音频功率放大器，其特征在于，所述三角波发生器电路包括第二三极管和第三三极管，所述第二三极管的集电极端通过第三电阻连接供电电压，所述第二三极管的发射极端接地，所述第二三极管的基极端通过第五电阻连接所述供电电压；

所述第三三极管的集电极端通过第六电阻连接所述供电电压，所述第三三极管的发射极端接地，所述第三三极管的基极端通过第四电阻连接所述供电电压；

所述第二三极管的集电极端通过第二电容连接所述第三三极管的基极端，所述第二三极管的基极端通过第三电容连接所述第三三极管的集电极端；

所述第三三极管的集电极端依次通过第九电阻和第五电容接地；

所述第九电阻和所述第五电容的公共端作为所述三角波发生器电路的输出端连接所述比较器的反向输入端；

所述第二三极管和所述第三三极管采用NPN型三极管。

4.如权利要求3所述的低成本音频功率放大器，其特征在于，所述第九电阻和所述第五电容的公共端作为所述三角波发生器电路的输出端通过第四电容连接所述比较器的反向输入端；

所述比较器的反向输入端分别通过第七电阻连接所述供电电压、通过第十二电阻接地。

5.如权利要求1所述的低成本音频功率放大器，其特征在于，所述三角波发生器电路包括555定时器，所述555定时器的输出端通过第十三电阻连接所述比较器的反向输入端，所述555定时器的阈值端和触发端均连接所述比较器的反向输入端，所述555定时器的阈值端和触发端还通过第六电容接地。

6.如权利要求1所述的低成本音频功率放大器，其特征在于，所述比较器的输出端还通过第八电阻连接供电电压。

7.如权利要求1所述的低成本音频功率放大器，其特征在于，所述推挽型射极跟随器包括第四三极管、第五三极管、第六三极管和第七三极管，所述第四三极管、所述第六三极管的基极端分别连接所述比较器的输出端，所述第四三极管的发射极端连接所述第五三极管的基极端，所述第四三极管的集电极端、所述第五三极管的集电极端均连接供电电压，所述第五三极管的发射极端连接所述第七三极管的发射极端，所述五三极管和所述第七三极管的公共端还依次通过第一电感和第七电容接地，所述第一电感和所述第七电容的公共端通过第八电容连接负载的信号输入端；

所述第七三极管的基极端连接所述第六三极管的发射极端，所述第六三极管的集电极端、所述第七三极管的集电极端均接地。

8.如权利要求7所述的低成本音频功率放大器，其特征在于，所述第四三极管和第五三极管均采用NPN型三极管，所述第六三极管和所述第七三极管均采用PNP型三极管；

所述第一电感和所述第七电容的公共端连接所述第八电容的正极。

9.如权利要求7所述的低成本音频功率放大器，其特征在于，所述第四三极管、第五三极管、第六三极管和第七三极管均采用场效应管代替。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的低成本音频功率放大器，其特征在于，还包括第八三极管，所述第八三极管的基极端分别通过第九电容连接音频信号输入端、通过第十四电阻连接供电电压、依次通过第十六电阻和第十七电阻连接所述第八三极管的发射极端，所述第十六电阻和所述第十七电阻的公共端接地，所述第八三极管的集电极端通过第十五电阻连接所述供电电压；

所述音频功放电路为两个，所述第八三极管的集电极端连接一个所述音频功放电路的外部信号输入端，所述第八三极管的发射极连接另一个所述音频功放电路的外部信号输入端，两个所述音频功放电路的输出端分别跨接负载两端；

所述第八三极管的基极端连接所述第九电容的正极。

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