CN216904827U - 一种电流控制的音频放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流控制的音频放大器，U_i通过电容C₁输入IC₁的3脚，IC1的3脚通过电阻R2连接地，+18V电源依次通过R5、T1的E‑C极、T2的C‑E极、R6连接‑18V电源，+18V电源通过R3连接IC1的7脚，‑18V电源通过电阻R4连接IC1的4脚，IC1的7脚连接T1的基极，IC1的4脚连接T2的基极，T1、T2的连接点依次通过喇叭、电阻R7连接地，电阻R7的上端连接IC1的2脚，+18V电源通过电容C2、C3连接‑18V电源，该电路采用电流反馈原理，构成一个电流串联型负反馈环路，其功能就是将输入信号电压转换成输出电流，以保证送给喇叭音圈的电流与输入信号电压Ui保持一致。

Description

一种电流控制的音频放大器

技术领域

本实用新型涉及一种音频放大器设计的技术，尤其一种电流控制的音频放大器，以保证送给喇叭音圈的电流与输入信号电压保持一致。

背景技术

大多数传统的音频功率放大器采用电压控制的方式对发声设备进行驱动，比如功率放大器用比输入电压大一固定因子的电压去推动一个或多个喇叭。

因喇叭发声时喇叭锥面的位移主要与送给音圈的电流有关，可见，这种放大器产生的功率与喇叭的阻抗成反比，为了完美体现现场音效，放大器对于高、中、低音的分配、处理必须慎重考虑，比如，一般来说高音功率设计是低音的一半就可以。

基于以上考虑，对于驱动多喇叭的放大系统而言，各个音圈的阻抗在有关的频率范围内会有很大的变化，在这种多喇叭系统中，可以使用合适参数的交迭滤波器解决这个问题。

对于多喇叭系统，电压控制方式是一种较为合适的选择。

但当只有一个喇叭时，为了获得更高的效率、更低的谐波失真，可以采取另一种放大器设计方案来实现预期，这种放大器采用电流反馈原理，以保证送给喇叭音圈的电流与输入信号电压保持一致，实现方法比较简单，将通过音圈的电流线路中串联一个采样电阻，音圈电流通过采样电阻形成的采样电压返送回前置运算放大器的反相输入端，而构成一个电流串联型负反馈环路，这种负反馈放大器的功能就是将输入信号电压转换成输出电流，即：电压控制电流。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠的基于电流控制的音频放大器的技术。

为实现上述目的，本实用新型提供一种电流控制的音频放大器，其包括音频输入电路、同相输入端偏置电路、同相运算放大电路、互补推挽放大电路、高频滤波电路、喇叭电路、音圈电流采样电路、电源滤波电路、+18V供电电路、-18V供电电路，电解电容C₁构成所述音频输入电路，电阻R2构成所述同相输入端偏置电路，集成电路IC1及频率补偿电容C4、电阻R1、电位器P1构成所述同相运算放大电路，音频输入信号U_i通过电解电容C₁输入集成电路IC₁的同相输入端3脚，集成电路IC1的同相输入端3脚通过电阻R2连接工作地，电阻R5、晶体管T1、晶体管T2、电阻R6构成所述互补推挽放大电路，所述+18V供电电路依次通过电阻R5、晶体管T1的E-C极、晶体管T2的C-E极、电阻R6连接所述-18V供电电路，所述+18V供电电路通过电阻R3连接集成电路的7脚，所述-18V供电电路通过电阻R4连接集成电路IC1的4脚，集成电路IC1的7脚连接晶体管T1的基极，集成电路IC1的4脚连接晶体管T2的基极，晶体管T1、晶体管T2的连接点依次通过所述喇叭电路、所述音圈电流采样电路电阻R7连接工作地，所述高频滤波电路电容C5与所述喇叭电路并联连接，所述音圈电流采样电路电阻R7的上端连接集成电路IC1的反相输入端2脚，电解电容C2、电解电容C3构成所述电源滤波电路，所述+18V供电电路依次通过正向电解电容C2、正向电解电容C3连接所述所述-18V供电电路，电解电容C2的负极连接工作地。

所述同相运算放大电路，集成电路IC1的5脚通过电容C4连接集成电路IC1的8脚，集成电路IC1的8脚通过电位器P1的电阻体连接集成电路IC1的1脚，所述+18V供电电路通过电阻R1连接电位器P1的滑动端。

附图说明

附图1、附图2用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，附图1是传统电压控制型音频放大器原理图；附图2是电流控制型音频放大器原理图。

具体实施方式

为了体现本实用新型所采用的技术特征新颖性，有必要简单介绍传统音频放大器所采用技术的特征，通过比较说明本设计的优点所在，这种电流控制型音频放大器不需考虑交越失真现象，因其本来不存在交越失真，与图1的电压控制型音频放大器相比，失真度更低，电路结构更简单。

上文已经说明传统的音频放大器采用电压控制型，即小信号音频电压通过运放后的输出电压去驱动功率放大器，经过功率放大以后的电压信号驱动喇叭发声，同时该电压信号返送回前置运算放大器，实现电压串联型负反馈，电压串联型负反馈的功能就是音频输入信号电压控制输出电压，具有电压放大的功能，如图1所示，

图1所示的电压控制型音频放大器工作原理比较简单，是一款由NE5532构成的OCL准互补功放电路，该音频功率放大电路采用一运算放大器IC₁组成驱动级，晶体管Q₁、Q₂以及场效应管Q₃、Q₄组成复合式互补对称电路，担任功率放大，交流信号的工作过程与简单的互补对称功率放大器类似。

该放大器属于电压控制型音频放大器，即音频信号U_i经运放IC₁前置放大、整形，输出端输出音频电压信号去推动晶体管由Q₁、Q₂、Q₃、Q₄组成的复合式功放电路功率放大，由喇叭发声，注意观察功放管Q₃的输出电压信号，其经电阻R₄及电容C₂组成的负反馈电路将反馈电压馈送回运放IC₁的同相输入端，实现电压串联型负反馈，电压串联型负反馈的功能就是音频输入信号电压控制输出电压，具有电压放大的功能。

交越失真是设计放大电路需要着重考虑的地方，交越失真产生的原因：在分析电路时把三极管的导通电压看作零，当输入电压较低时，因三极管截止而产生的失真称为交越失真。这种失真通常出现在通过零值处。与一般放大电路相同，消除交越失真的方法是设置合适的静态工作点，使得三极管在静态时微导通。

克服交越失真的措施是：避开死区电压区，使每一晶体管处于微导通状态，一旦加入输入信号，使其马上进入线性工作区。

提供给晶体管静态偏置使其微导通有三种途径：利用二极管和电阻的压降产生偏置电压；利用V_BE倍增电路产生偏置电压；利用电阻上的压降产生偏置电压。

观测图1，对称晶体管Q₁、Q₂采用第三种方法消除交越失真，即电阻R₆、R₇、R₈、R₉上的压降使Q₁、Q₂处于微导通状态；场效应管Q₃、Q₄采用第一种方法消除交越失真，即利用稳压二级管D₃产生的电压降使Q₃、Q₄处于微导通状态，一旦有音频信号输入，Q₁、Q₂、Q₃、Q₄马上进入线性工作区。

该放大器的缺点是功率较小，可以把运放的供电提高并稳压在±15V，后级功放管的电压提高到±30V以上，即可满足一般家庭使用的需要。

大多数音频功率放大器用比输入电压只大一固定因子的电压推动推动一个或多个喇叭，可见这种放大器产生的功率与喇叭的阻抗成反比，因喇叭锥面的位移主要与送给音圈的电流有关。

音圈的阻抗在有关的频率范围内有很大的变化，因此在多路喇叭系统中，是依靠使用合适参数的交迭滤波器解决这个问题，但当只有一个喇叭的时候，可以采取另一种解决办法，即电流控制器型音频放大器，这种放大器采用电流反馈原理，以保证送给音圈的电流与输入音频信号电压保持一致，其工作原理与图2所示。

从图2可以看到，该电流控制型音频放大器包括音频输入电路、同相输入端偏置电路、同相运算放大电路、互补推挽放大电路、高频滤波电路、喇叭电路、音圈电流采样电路、电源滤波电路、±18V供电电路组成。

音频输入信号U_i通过电解电容C₁输入运放电路IC₁的同相输入端3脚，3脚对地连接有电阻R₂，该电阻是为了使输入端存在偏置电流而设置的，其目的是让同相和反相两个输入端看出去的阻抗相等，以便“预定”两个输入端“相等”的偏置电流在它们产生的压降也相等，起到相互抵消的作用。

运放IC₁及外围元件实现前置放大，NE5533/5534分别是双/单路高效低噪音运算放大器。相比于那些如TL083的放大器而言，它们拥有更好的噪声性能，更高的外部驱动能力以及更加高的小信号输入和更高的功率带宽。这使得它们特别适合应用于高质量和专业的音频设备以及仪器仪表，控制电路和电话信道功率放大器。它的内部补偿大于或等于三，其频率响应可以在外部通过补偿电容针对不同的应用需求（单位增益放大器，电容负载性，转换速率，降低自激等等的要求）优化。

NE5534之5、8脚之间的22p电容起频率补偿作用，1、8脚之间连接电位器P₁的电阻体，P₁的滑动端通过电阻R₁连接+18V电源，故P₁起电压偏置作用。

该电流控制型音频放大器区别于电压控制型音频放大器的明显不同点，就是运放IC₁的6脚输出端信号不是进入互补推挽功率放大器的输入端，而是连接放大器电路的工作地，这种设计方式，可以使功率输出管T₁~T₂的基极电流从电源端流入，而不从运算放大器的输出端流入。

电流控制型放大器利用电流串联型负反馈，使功率放大电路受控于运放电路IC₁的同相输入端的音频信号U_i，这种放大器采用电流反馈原理，以保证送给音圈的电流与输入信号保持一致，从图2可以看到，电流反馈的实现比较简单，功放管T₁~T₂的输出电流通过喇叭音圈、及电流采样电阻R₇连接工作地，故在R₇的两端产生一参考电压，把这一参考电压送给运放IC₁的反相输入端2脚，由于音频信号U_i从IC₁的同相端输入，故以上反馈电路构成一个电流串联型负反馈。

放大器电路的整个放大倍数取决于喇叭的阻抗Z_L与采样电阻R₇的阻值之比，在图2电路中，放大倍数为16倍，即Z_L/R₇=8/0.5=16。

因为电容串联于电路时，通高频滤低频，因为低频的信号不容易通过电容，高频的很容易通过，如果图2中喇叭为高音喇叭，则不需要低音信号，就应该串联一个电容。

当电容并联于负载电路时，可以滤除高频信号，使低音喇叭只通过低音信号，发声更纯净一些，图2放大器电路中的喇叭我们选用低音喇叭，故电容C₅并联于喇叭两端，其作用是调整在90KHz附近的滚降频率（高频滚降）。

图2的电路结构可以看出，功放管T₁~T₂在静态时总是处于微导通状态，一旦有音频信号输入，T₁~T₂立即处于放大状态。

故图2的电流控制型音频放大器不需考虑交越失真现象，因其本来不存在交越失真，与图1的电压控制型音频放大器相比，失真度更低，电路结构更简单。

实际制作、调试时有以下注意事项：

图2的放大器的静态电流对于A类工作为50~100mA，这由电阻R₃~R₄和R₅~R₆确定，互补功率管T₁~T₂应该是接近于匹配的晶体管，以免引起较大的偏移电流和电压。

为使功率输出级达到正确的平衡，电阻R₃或R₄的阻值需做某些改动，当放大器处于满激励的状态时，功率输出管T₁~T₂的发射极电流约为500mA。

在P_O=6.25W和供电为±18V时，这种放大器的谐波失真小于0.01%。

Claims (2)

1.一种电流控制的音频放大器，其特征在于：所述音频放大器包括音频输入电路、同相输入端偏置电路、同相运算放大电路、互补推挽放大电路、高频滤波电路、喇叭电路、音圈电流采样电路、电源滤波电路、+18V供电电路、-18V供电电路，电解电容C₁构成所述音频输入电路，电阻R2构成所述同相输入端偏置电路，集成电路IC1及频率补偿电容C4、电阻R1、电位器P1构成所述同相运算放大电路，音频输入信号U_i通过电解电容C₁输入集成电路IC₁的同相输入端3脚，集成电路IC1的同相输入端3脚通过电阻R2连接工作地，电阻R5、晶体管T1、晶体管T2、电阻R6构成所述互补推挽放大电路，所述+18V供电电路依次通过电阻R5、晶体管T1的E-C极、晶体管T2的C-E极、电阻R6连接所述-18V供电电路，所述+18V供电电路通过电阻R3连接集成电路的7脚，所述-18V供电电路通过电阻R4连接集成电路IC1的4脚，集成电路IC1的7脚连接晶体管T1的基极，集成电路IC1的4脚连接晶体管T2的基极，晶体管T1、晶体管T2的连接点依次通过所述喇叭电路、所述音圈电流采样电路电阻R7连接工作地，所述高频滤波电路电容C5与所述喇叭电路并联连接，所述音圈电流采样电路电阻R7的上端连接集成电路IC1的反相输入端2脚，电解电容C2、电解电容C3构成所述电源滤波电路，所述+18V供电电路依次通过正向电解电容C2、正向电解电容C3连接所述-18V供电电路，电解电容C2的负极连接工作地。

2.根据权利要求1所述的一种电流控制的音频放大器，其特征在于：所述同相运算放大电路，集成电路IC1的5脚通过电容C4连接集成电路IC1的8脚，集成电路IC1的8脚通过电位器P1的电阻体连接集成电路IC1的1脚，所述+18V供电电路通过电阻R1连接电位器P1的滑动端。

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