KR20030001215A - 하이브리드 파워 앰프 - Google Patents

하이브리드 파워 앰프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오디오신호 처리부에서 오디오 신호를 받아서 일정레벨로 증폭해서 분배하여 출력하고, 오디오신호 처리부에서 출력되는 일정 레벨 이상의 신호를 디지털 증폭부에서 받아 디지털신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭하고, 오디오신호 처리부에서 출력되는 일정 레벨 이하의 신호를 아날로그 증폭부에서 받아 오디오신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭하고, 오디오신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호를 받아서 미리 설정되어 있는 노이즈 레벨과 비교하여 일정레벨 이상일 경우에는 제어부의 제어에 의해 디지털 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어하고, 일정레벨 이하일 경우에는 제어부의 제어에 의해 아날로그 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어신호를 출력하고, 제어부에서 출력되는 제어신호에 따라 오디오신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이상일 경우에 디지털 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 스피커에서 출력하도록 절환수단에 의해 절환하고, 오디오신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이하일 경우에 아날로그 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 스피커에서 출력하도록 절환수단에 의해 절환하는 절환수단을 구비하고 하고 있다.

Description

하이브리드 파워 앰프{A HYBRID POWER AMPLIFIER}
본 발명은 노이즈를 감쇄시키도록 일정레벨 이하의 작은 음향이 입력되면 노이즈가 적게 출력되도록 AB급 앰프(아날로그 증폭부)를 동작시키고, 일정레벨 이상의 음향이 들어오면 크게 음향을 출력하도록 D급 앰프(디지털 증폭부)를 동작시키는 하이브리드 파워 앰프에 관한 것이다.
종래로 부터 음향을 증폭해서 스피커를 통해 출력하는 앰프는 여러가지 종류가 알려져 있으나, 통상적으로 입력되는 음향의 크기에 관계없이 디지털 앰프 또는 오디오 앰프만으로 구성되어 있다.
그런데, 종래로 부터 사용되어 온 디지털 앰프는 입력되는 음향이 일정레벨 이상일 경우에는 오디오 신호를 일정레벨 이상으로 증폭해서 스피커에서 출력해도 노이즈에 의한 영향이 적으나, 입력되는 음향이 일정레벨 이하일 경우에 일정레벨 이상으로 디지털 증폭해서 스피커에서 출력하면, 음향신호에 노이즈가 포함되어서출력되므로, 스피커에서 출력되는 음향이 소음과 함께 출력되어 소음공해를 일으킨다는 문제점이 있었다.
한편, 종래로 부터 사용되어 온 오디오 앰프는 입력되는 음향이 일정레벨 이하일 경우에는 오디오 신호를 일정레벨 이상으로 증폭해서 스피커에서 출력해도 노이즈에 의한 영향이 적으나, 입력되는 음향이 일정레벨 이상일 경우에 일정레벨 이상으로 오디오 증폭해서 스피커에서 출력하면, 음향신호에 노이즈가 포함되어서 출력되므로, 스피커에서 출력되는 음향이 소음과 함께 출력되어 소음공해를 일으킨다는 문제점이 있었다.
또한, 종래로 부터 사용되어 온 오디오 앰프는 음향출력에 비해 앰프 자체가 소비하는 전력이 더 많아 발열이 심하고 전력 효율이 떨어지는 문제점도 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 여러가지 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 일정레벨 이하의 음향이 입력될 경우에 아날로그 증폭기를 사용하여 음향을 증폭하여 노이즈 발생을 억제할 수 있는 하이브리드 파워 앰프를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 일정레벨 이상의 음향이 입력될 경우에 디지털 증폭기를 사용하여 음향을 증폭하여 노이즈 발생을 억제할 수 있는 하이브리드 파워 앰프를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 증폭시에 전력손실이 적고 증폭효율을 개선시킬 수있는 하이브리드 파워 앰프를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 오디오 신호를 받아서 일정레벨로 증폭해서 분배하는 오디오신호 처리부와, 상기 오디오신호 처리부에서 출력되는 일정 레벨 이상의 신호를 받아서 디지털신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭하는 디지털 증폭부와, 상기 오디오신호 처리부에서 출력되는 일정 레벨 이하의 신호를 받아서 오디오신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭하는 아날로그 증폭부와, 상기 오디오신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호를 받아서 미리 설정되어 있는 노이즈 레벨과 비교하여 일정레벨 이상일 경우에는 디지털 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어하고, 일정레벨 이하일 경우에는 아날로그 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 오디오신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이상일 경우에 디지털 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 스피커에서 출력하도록 절환하고, 상기 오디오신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이하일 경우에 아날로그 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 스피커에서 출력하도록 절환하는 절환수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프의 개략적인 블록도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프에 적용되는 오디오신호처리부의 상세회로도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프에 적용되는 디지털신호 증폭부의 상세회로도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프에 적용되는 아날로그 증폭부의 상세회로도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프에 적용되는 제어부의 상세회로도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프에 적용되는 절환수단의 상세회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10:오디오신호 처리부 11:제1 차동증폭기
12:제2 차동증폭기 13:OP앰프
14:입력측 버퍼 15:제1 출력측 버퍼
16:제2 출력측 버퍼 17:제3 출력측 버퍼
20:디지털 증폭부 21:디지털 증폭기
30:아날로그 증폭부 40:제어부
41:전파정류수단 50:스피커
60:절환수단 71:아날로그 증폭기
이하, 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프에 관하여 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프의 개략적인 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프에 적용되는 오디오신호처리부의 상세회로도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프에 적용되는 디지털신호 증폭부의 상세회로도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프에 적용되는 아날로그 증폭부의 상세회로도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프에 적용되는 제어부의 상세회로도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프에 적용되는 절환수단의 상세회로도이다.
도 1 및 도 6에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 파워 앰프는 오디오 신호를 받아서 일정레벨로 증폭해서 분배하는 오디오신호 처리부(10)와, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 일정 레벨 이상의 신호를 받아서 디지털신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭하는 디지털 증폭부(20)와, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 일정 레벨 이하의 신호를 받아서 오디오신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭하는 아날로그 증폭부(30)와, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 오디오 신호를 받아서 미리 설정되어 있는 노이즈 레벨과 비교하여 일정레벨 이상일 경우에는 디지털 증폭부(20)에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어하고, 일정레벨 이하일 경우에는 상기 아날로그 증폭부(30)에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어신호를 출력하는 제어부(40)와, 상기 제어부(40)에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이상일 경우에 디지털증폭부(20)에서 증폭된 오디오 신호를 스피커(50)에서 출력하도록 절환하고, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이하일 경우에 상기 아날로그 증폭부(30)에서 증폭된 오디오 신호를 스피커(50)에서 출력하도록 절환하는 절환수단(60)을 구비하고 있다.
상기 오디오신호 처리부(10)는 도 2에 상세히 도시한 바와 같이 +오디오신호를 받아서 교류성분만을 통과시키는 제1 커플링 캐패시터(C1)와, 상기 제1 커플링 캐패시터(C1)를 통과한 +교류성분 신호를 받아서 분압하는 분압저항(R1,R2)과, 상기 분압저항(R1,R2)에서 일정비율로 분압된 +성분의 교류성분 신호를 보호하는 보호다이오드(D1,D2)와, 상기 보호다이오드(D1,D2)를 통과한 분압된 +성분의 교류성분 신호중에 포함된 고주파 신호를 접지로 바이패스시키는 제1 고주파 바이패스 필터(C2)와, 상기 제1 고주파 바이패스 필터(C2)에서 필터링된 교류성분의 신호를 비반전단자(+단자)에서 받고, 궤환저항(R6)을 통해 피이드신호를 반전단자(-단자)에서 받아 그 차신호를 증폭하는 제1 차동증폭기(11)와, 오디오신호 처리부(10)에서 처리해서 출력되는 -오디오신호를 받아서 교류성분만을 통과시키는 제2 커플링 캐패시터(C3)와, 상기 제2 커플링 캐패시터(C3)를 통과한 -성분의 교류성분 신호를 받아서 분압하는 분압저항(R3,R4)과, 상기 분압저항(R3,R4)에서 일정비율로 분압된 -교류성분의 신호를 보호하는 보호다이오드(D3,D4)와, 상기 보호다이오드(D3,D4)를 통과한 분압된 +성분의 교류성분 신호중에 포함된 고주파 신호를 접지로 바이패스시키는 제2 고주파 바이패스 필터(C4)와, 상기 제2 고주파 바이패스 필터(C4)에서 필터링된 교류성분의 신호를 비전단자(+단자)에서 받고, 궤환저항(R7)을 통해 피이드신호를 반전단자(-단자)에서 받음과 동시에, 궤환저항(R6)을 통해 궤환되는 궤환신호를 입력저항(R5)을 통해 받아서 그 차신호를 증폭하는 제2 차동증폭기(12)와, 상기 제1 차동증폭기(11)에서 차동증폭되어 출력되는 신호를 입력저항(R8)을 통해 반전단자(-단자)에서 받음과 동시에, 상기 제2 차동증폭기(12)에서 차동증폭되어 출력되는 신호를 입력저항(R9,R11)을 통해 비반전단자(+단자)에서 받아 일정레벨로 증폭하는 OP앰프(13)와, 상기 OP앰프(13)에서 출력되는 일정레벨로 증폭된 신호의 볼륨을 제어하는 가변저항기로 이루어진 볼륨조절기(VR1)와, 상기 볼륨조절기(VR1)에 의해 볼륨이 조절된 오디오신호를 입력저항(R12)을 통해 받아서 완충하는 입력측 버퍼(14)와, 상기 버퍼(14)에서 완충된 신호를 받아서 일정레벨로 볼륨을 조절하는 볼륨조절기(VR2)와, 상기 볼륨조절기(VR2)에서 볼륨이 조절된 오디오 신호를 입력저항(R14)을 통해 반전단자(-단자)에서 받아서 완충시켜서 디지털증폭부(20)로 출력하는 제1 출력측 버퍼(15)와, 상기 입력측 버퍼(14)에서 완충된 신호를 받아서 일정레벨로 볼륨을 조절하는 볼륨조절기(VR3)와, 상기 볼륨조절기(VR3)에서 볼륨이 조절된 오디오 신호를 입력저항(R19)을 통해 비반전단자(+단자)에서 받아서 완충시켜서 아날로그 증폭부(30)로 출력하는 제2 출력측 버퍼(16)와, 상기 입력측 버퍼(14)에서 완충된 신호를 받아서 일정레벨로 볼륨을 조절하는 볼륨조절기(VR4)와, 상기 볼륨조절기(VR4)에서 볼륨이 조절된 오디오 신호를 입력저항(R20)을 통해 반전단자(-단자)에서 받아서 완충시켜서 제어부(40)로 출력하는 제3 출력측 버퍼(17)로 구성되어 있다.
도 2에 있어서, R10은 OP앰프(13)의 출력신호를 OP앰프(13)의 반전단자(-단자)에 궤환시키는 궤환저항이고, R13은 입력측 버퍼(14)에서 출력되는 출력신호를 궤환시키는 궤환저항이고, R15,R18,R21은 제1 내지 제3 버퍼(15,16,17)에서 출력되는 출력신호를 각각 궤환시키는 궤환저항이다.
상기 디지털 증폭부(20)는 오디오 신호 처리부(10)의 제1 출력측 버퍼(15)에서 출력되는 오디오 신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하는 노이즈 필터(C21,C22)와, 상기 노이즈 필터(C21,C22)에서 노이즈가 필터링된 오디오신호를 받아 전자파를 필터링하는 인덕터(FB1)와, 상기 인덕터(FB1)에서 전자파가 필터링된 오디오 신호를 저항(R21)을 통해 받아 직류성분을 차단하고, 교류성분을 출력하는 커플링 캐패시터(C23)와, 상기 커플링 캐패시터(C23)에서 교류성분의 오디오신호를 받아서 디지털 증폭하는 디지털 증폭기(21)와, 전류제한저항(R22)을 통해 흐르는 전류에 의해 발광되어 상기 디지털 증폭기(21)의 증폭동작을 표시하도록 상기 디지털 증폭기(22)에 접속되어 있는 발광다이오드(LED1)와, 상기 디지털 증폭기(21)에서 오디오신호를 디지털 증폭시킨 고주파신호를 바이어스저항(R23,R24)을 통해 받아서 전력증폭하는 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 드레인단자에 인가되는 직류전원에 포함되어 있는 고주파 성분을 접지로 바이패스하는 캐패시터(C24,C25)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET1)의 소오스단자와 상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 드레인단자에 각각 접속되어 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에 역전압의 인가를 방지하는 역전압 인가 방지 다이오드(D21,D22)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 소오스단자에 접속되어 인가되는 전원을 안정화시키는 바이패스 캐패시터(C26)와, 상기 푸시풀증폭기(FET1,FET2)에서 전력증폭된 오디오 고주파신호의 저대역성분을 필터링함과 동시에, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에서 전력증폭된 오디오 고주파신호를 저항(R25)을 통해 상기 디지털 증폭기(21)로 피이드백하는 RC필터(R25,C27)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에서 전력증폭된 오디오 고주파신호를 오디오신호 대역으로 필터링하는 LC필터(L21,C28)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 동작을 안정화시키도록 디지털 증폭된 오디오신호를 일정주파수로 임피던스 고정시키는 RC 시정수회로(R26,C29)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 출력측에 과전류의 흐름을 검출하는 검출저항(R27)과, 상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 소오스단자에 인가되는 -5Vdc 전원에 포함되어 있는 고주파 성분을 필터링하는 캐패시터(C30,C31)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 소오스단자에 인가되는 -5Vdc와 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 스피커(50) 사이의 과전류 흐름을 검출하는 검출저항(R28)과, 전원을 차단하지 않고 동작을 순간적으로 정지시키도록 상기 디지털증폭기(21)에 뮤트신호의 입력을 단속하는 스위치(SW1)로 구성되어 있다.
본 발명에 있어서, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)는 전계효과 트랜지스터를 사용하고 있고, 도 3에서 미설명부호 R31은 스위치( SW1)의 스위칭 온시에 뮤트신호가 상기 디지털 증폭기(21)에 입력될 경우에 동작전압을 인가하는 풀업저항이다.
상기 아날로그 증폭부(30)는 도 4에 상세히 도시한 바와 같이 오디오 신호 처리부(10)의 제2 출력측 버퍼(16)에서 출력되는 오디오 신호의 볼륨을 조절하는 볼륨조절기(VR71)와, 상기 볼륨조절기(VR71)에서 볼륨이 조절된 오디오신호의 직류성분을 차단하고 교류성분의 오디오신호만을 통과시키는 커플링 캐패시터(C71)와,상기 커플링 캐패시터(C71)를 통과한 교류성분의 오디오신호를 분압하는 분압저항(R71,R72)과, 상기 분압저항(R71,R72)에서 분압된 오디오신호를 비반전단자(+단자)에서 받음과 동시에 이득을 조정하도록 피드백 저항(R73)을 통해서 반전단자(-단자)에서 받아 스피커(50)를 구동할 수 있도록 전력증폭하는 전력증폭기(71)와, 일측이 상기 전력증폭기(71)의 반전단자(-단자)에 접속되며 타측이 접지되어 저주파 이득을 낮추는 캐패시터(C72)로 구성되어 있다.
상기 제어부(40)는 도 5에 상세히 도시한 바와 같이 오디오 신호 처리부(10)의 제3 출력측 버퍼(17)에서 출력되는 오디오 신호를 받아 전파정류하는 전파정류수단(41)과, 상기 전파정류수단(41)에서 전파정류된 신호를 받아서 평활화시키는 RC시정수회로(R41,C41)와, 상기 RC시정수회로(R41,C41)에 의해 평활화된 전파정류신호를 입력저항(R42)을 통해 비반전단자(+단자)에서 받음과 동시에, 기준레벨을 제너다이오드(Z1), 볼륨조절기(VR41) 및 입력저항(R43)을 통해 반전단자(-단자)에서 받아 비교하는 비교기(42)와, 상기 비교기(42)의 비교결과 상기 비교기(42)의 비반전단자(+단자)에 입력되는 전압이 상기 비교기(42)의 반전단자에 입력되는 기준전압보다 클 경우에 상기 비교기(42)의 출력단자에 전류제한저항(R44)을 통해 +15Vdc가 출력되고 있음을 표시하는 발광다이오드(LED41)와, 상기 비교기(42)의 비교결과 상기 비교기(42)의 비반전단자(+단자)에 입력되는 전압이 상기 비교기(42)의 반전단자(-단자)에 입력되는 기준전압보다 작을 경우에 상기 비교기(42)의 출력단자에 전류제한저항(R44)을 통해 -15Vdc가 출력되고 있음을 표시하는 발광다이오드(LED42)로 구성되어 있다.
상기 절환수단(60)은 상기 비교기(42)의 출력단자에 +15Vdc가 출력되고 있을 경우에 도통되는 포토커플러(OP1)와, 포토커플러(OP1)의 도통시에 상기 디지털 증폭부(20)의 출력신호를 스피커(50)에서 출력시키도록 스위칭 온되는 한쌍의 제1 MOSFET(61)와, 상기 비교기(42)의 출력단자에 -15Vdc가 출력되고 있을 경우에 도통되는 포토커플러(OP2)와, 상기 포토커플러(OP2)의 도통시에 상기 아날로그 증폭부(30)의 출력신호를 스피커(50)에서 출력시키도록 스위칭 온되는 한쌍의 제2 MOSFET(62)로 구성되어 있다.
다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 파워 앰프의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 오디오 신호를 받아서 일정레벨로 증폭하고, 분배하여 출력하고, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 일정 레벨 이상의 신호를 디지털 증폭부(20)에서 받아서 디지털신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭한다.
그리고, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 일정 레벨 이하의 신호를 아날로그 증폭부(30)에서 받아서 오디오신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭하고, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 오디오 신호를 제어부(40)에서 받아서 미리 설정되어 있는 노이즈 레벨과 비교하여 일정레벨 이상일 경우에는 디지털 증폭부(20)에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어기(40)에서 제어신호를 출력하고, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 오디오 신호를 제어부(40)에서 받아서 일정레벨 이하일 경우에는 상기 아날로그 증폭부(30)에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어부(40)에서 제어신호를 출력한다.
상기 제어부(40)에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이상일 경우에 디지털 증폭부(20)에서 증폭된 오디오 신호를 스피커(50)에서 출력하도록 절환수단(60)이 절환되고, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이하일 경우에 상기 아날로그 증폭부(30)에서 증폭된 오디오 신호를 스피커(50)에서 출력하도록 절환수단(60)이 절환된다.
다음에, 이러한 동작을 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
상기 오디오신호 처리부(10)의 제1 커플링 캐패시터(C1)에서 +오디오신호를 받아서 직류성분을 차단시킴과 동시에, 교류성분만을 통과시키고, 상기 제1 커플링 캐패시터(C1)를 통과한 +교류성분 신호를 분압저항(R1,R2)에서 분압하며, 상기 분압저항(R1,R2)에서 일정비율로 분압된 +성분의 교류성분 신호는 보호다이오드(D1,D2)에 의해 출력이 안정되게 보호되며, 상기 보호다이오드(D1,D2)를 통과한 분압된 +성분의 교류성분 신호중에 포함된 고주파 신호는 제1 고주파 바이패스 필터(C2)에서 접지로 바이패스되며, 상기 제1 고주파 바이패스 필터(C2)에서 필터링된 교류성분의 신호를 제1 차동증폭기(11)의 비반전단자(+단자)에서 받고, 궤환저항(R6)을 통해 피이드신호를 반전단자(-단자)에서 받아 제1 차동증폭기(11)에서 그 차신호를 증폭한다.
한편, 상기 오디오신호 처리부(10)의 제2 커플링 캐패시터(C3)에서 -오디오신호를 받아서 직류성분을 차단시킴과 동시에, 교류성분만을 통과시키고, 상기 제2 커플링 캐패시터(C3)를 통과한 -교류성분 신호를 분압저항(R3,R4)에서 분압하며, 상기 분압저항(R3,R4)에서 일정비율로 분압된 -성분의 교류성분 신호는 보호다이오드(D3,D4)에 의해 출력이 안정되게 보호되며, 상기 보호다이오드(D3,D4)를 통과한 분압된 -성분의 교류성분 신호중에 포함된 고주파 신호는 제2 고주파 바이패스 필터(C4)에서 접지로 바이패스되며, 상기 제2 고주파 바이패스 필터(C4)에서 필터링된 교류성분의 신호를 제2 차동증폭기(12)의 비반전단자(+단자)에서 받고, 궤환저항(R7)을 통해 피이드신호를 반전단자(-단자)에서 궤환저항(R6)을 통해 궤환되는 궤환신호를 입력저항(R5)을 통해 받아서 제2 차동증폭기(12)에서 그 차신호를 증폭한다.
상기 제1 차동증폭기(11)에서 차동증폭되어 출력되는 신호를 입력저항(R8)을 통해 OP앰프(13)의 반전단자(-단자)에서 받음과 동시에, 상기 제2 차동증폭기(12)에서 차동증폭되어 출력되는 신호를 입력저항(R9,R11)을 통해 OP앰프(13)의 비반전단자(+단자)에서 받아 일정레벨로 증폭하고, 상기 OP앰프(13)에서 출력되는 일정레벨로 증폭된 신호의 볼륨을 볼륨조절기(VR1)에서 조절하고, 상기 볼륨조절기(VR1)에 의해 볼륨이 조절된 오디오신호를 입력저항(R12)을 통해 입력측 버퍼(14)에서 받아 완충하고, 상기 버퍼(14)에서 완충된 신호를 볼륨조절기(VR2)에서 받아 일정레벨로 볼륨을 조절하고, 상기 볼륨조절기(VR2)에서 볼륨이 조절된 오디오 신호를 입력저항(R14)을 통해 제1 출력측 버퍼(15)의 반전단자(-단자)에서 받아서 완충시켜서 디지털 증폭부(20)로 출력한다.
그리고, 상기 입력측 버퍼(14)에서 완충된 신호를 볼륨조절기(VR3)에서 일정레벨로 볼륨을 조절하고, 상기 볼륨조절기(VR3)에서 볼륨이 조절된 오디오 신호를 제2 출력측 버퍼(16)의 입력저항(R19)을 통해 비반전단자(+단자)에서 받아서 완충시켜서 아날로그 증폭부(30)로 출력시키고, 상기 입력측 버퍼(14)에서 완충된 신호를 볼륨조절기(VR4)에서 일정레벨로 볼륨을 조절하고, 상기 볼륨조절기(VR4)에서 볼륨이 조절된 오디오 신호를 제3 출력측 버퍼(17)의 입력저항(R20)을 통해 반전단자(-단자)에서 받아서 완충시켜서 제어부(40)로 출력한다.
상기 디지털 증폭부(20)의 노이즈 필터(C21,C22)는 오디오 신호 처리부(10)의 제1 출력측 버퍼(15)에서 출력되는 오디오 신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하고, 상기 노이즈 필터(C21,C22)에서 노이즈가 필터링된 오디오신호를 인덕터(FB1)에서 전자파를 필터링하고, 상기 인덕터(FB1)에서 전자파가 필터링된 오디오 신호를 저항(R21)을 통해 받아 커플링 캐패시터(C23)에서 직류성분을 차단하고, 교류성분을 출력하고, 상기 커플링 캐패시터(C23)에서 출력되는 교류성분의 오디오신호는 디지털 증폭기(21)에서 디지털 증폭되며, 상기 디지털 증폭기(21)가 동작되고 있음을 발광다이오드(LED1)가 발광하여 표시한다.
그리고, 상기 디지털 증폭기(21)의 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에서는 오디오신호를 디지털 증폭시킨 고주파신호를 바이어스저항(R23,R24)을 통해 받아서 전력증폭하고, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 드레인단자에 인가되는 직류전원에 포함되어 있는 고주파 성분은 캐패시터(C24,C25)를 통해서 접지로 바이패스하고, 상기 푸시풀 증폭기(FET1)의 소오스단자와 상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 드레인단자에각각 접속되어 있는 역전압 인가 방지 다이오드(D21,D22)에 의해 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에 역전압의 인가를 방지하고, 상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 소오스단자에 접속되어 있는 바이패스 캐패시터(C26)에 의해 인가되는 전원을 안정화시키고, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에서 전력증폭된 오디오 고주파신호의 저대역성분은 RC필터(R25,C27)에 의해 필터링되고, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에서 전력증폭된 오디오 고주파신호는 저항(R25)을 통해서 상기 디지털 증폭기(21)로 피이드백된다.
상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에서 전력증폭된 오디오 고주파신호는 LC필터(L21,C28)에 의해 오디오신호 대역으로 필터링되고, RC 시정수회로(R26,C29)에 의해 일정주파수로 임피던스 고정되므로, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 동작을 안정화시키고, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 출력측의 과전류는 검출저항(R27)에 의해 검출한다.
상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 소오스단자에 인가되는 -5Vdc 전원에 포함되어 있는 고주파 성분을 캐패시터(C30,C31)에 의해 필터링하고, 상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 소오스단자에 인가되는 -5Vdc와 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 스피커(50) 사이의 과전류는 검출저항(R28)에 의해 검출한다.
전원을 차단하지 않고 상기 디지털 증폭기(21)의 동작을 일시 정지시키고 싶을 경우에는 스위치(SW1) 을 스위칭 온시키면, 뮤트신호가 상기 디지털 증폭기(21)에 입력되어 상기 디지털 증폭기(21)의 동작을 일시 정지시킨다.
상기 아날로그 증폭부(30)의 볼륨조절기(VR71)는 오디오 신호 처리부(10)의제2 출력측 버퍼(16)에서 출력되는 오디오 신호의 볼륨을 조절하고, 상기 볼륨조절기(VR71)에서 볼륨이 조절된 오디오신호의 직류성분은 커플링 캐패시터(C71)에 의해 차단함과 동시에, 교류성분의 오디오신호만을 통과시키고, 상기 커플링 캐패시터(C71)를 통과한 교류성분의 오디오신호은 분압저항(R71,R72)에 의해 분압되어 전력증폭기(71)의 비반전단자(+단자)에 입력되며, 이득을 조정하도록 피드백 저항(R73)을 통해서 전력증폭기(71)의 반전단자(-단자)에 피이드백 신호가 입력되어 상기 전력증폭기(71)에서 스피커(50)를 구동할 수 있도록 전력증폭하고, 일측이 상기 전력증폭기(71)의 반전단자(-단자)에 접속되며 타측이 접지되어 있는 캐패시터(C72)에서 저주파 이득을 낮춘다.
상기 제어부(40)의 전파정류수단(41)은 오디오 신호 처리부(10)의 제3 출력측 버퍼(17)에서 출력되는 오디오 신호를 전파정류하고, 상기 전파정류수단(41)에서 전파정류된 신호는 RC시정수회로(R41,C41)에서 평활화되며, 상기 RC시정수회로(R41,C41)에 의해 평활화된 전파정류신호는 입력저항(R42)을 통해 비교기(42)의 비반전단자(+단자)에 입력되고, 또한 기준레벨전압은 제너다이오드(Z1), 볼륨조절기(VR41) 및 입력저항(R43)을 통해 비교기(42)의 반전단자(-단자)에 입력되어 상기 비교기(42)에서 이들 신호를 비교한다.
상기 비교기(42)의 비교결과 상기 비교기(42)의 비반전단자(+단자)에 입력되는 전압이 상기 비교기(42)의 반전단자에 입력되는 기준전압보다 클 경우에는 상기 비교기(42)의 출력단자에 +15Vdc가 출력되고, 상기 비교기(42)의 출력단자에 +15Vdc가 출력되고 있음을 발광다이오드(LED41)가 발광하여 표시한다.
한편, 상기 비교기(42)의 비교결과 상기 비교기(42)의 비반전단자(+단자)에 입력되는 전압이 상기 비교기(42)의 반전단자(-단자)에 입력되는 기준전압보다 작을 경우에는 상기 비교기(42)의 출력단자에 -15Vdc가 출력되고, 상기 비교기(42)의 출력단자에 -15Vdc가 출력되고 있음을 발광다이오드(LED42)가 발광하여 표시한다.
다음에, 상기 절환수단(60)의 포토커플러(OP1)는 상기 비교기(42)의 출력단자에 +15Vdc가 출력되고 있을 경우에 도통되므로, 이때, 제1 MOSFET(61)가 스위칭 온되어상기 디지털 증폭부(20)의 출력신호를 스피커(50)에서 출력하고,
상기 절환수단(60)의 포토커플러(OP2)는 상기 비교기(42)의 출력단자에 -15Vdc가 출력되고 있을 경우에 도통되므로, 이때 한쌍의 제2 MOSFET(62)가 스위칭 온되D 상기 아날로그 증폭부(30)의 출력신호를 스피커(50)에서 출력시킨다.
상기 설명에 있어서, 본 발명의 하이브리드 파워 앰프가 스테레오 앰프임에도 불구하고 한쪽 스피커(예를 들면 우측 스피커)의 구성과 그 동작을 예로 들어서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들면 다른 한쪽 스피커(예를 들면 좌측 스피커)를 구동하는 회로의 구성과 동작도 동일하므로 중복되는 설명을 생략하였다.
상기 설명에 있어서, 특정 실시예를 들어서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 본 발명의 개념을 이탈하지 않는 범위내에서 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 여러가지로 설계변경할 수 있음은 물론이다.
앞에서 설명한 바와 같이 본 발명의 하이브리드 파워 앰프에 의하면, 오디오신호 처리부에서 오디오 신호를 받아서 일정레벨로 증폭해서 분배하여 출력하고, 오디오신호 처리부에서 출력되는 일정 레벨 이상의 신호를 디지털 증폭부에서 받아 디지털신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭하고, 오디오신호 처리부에서 출력되는 일정 레벨 이하의 신호를 아날로그 증폭부에서 받아 오디오신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭하고, 오디오신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호를 받아서 미리 설정되어 있는 노이즈 레벨과 비교하여 일정레벨 이상일 경우에는 제어부의 제어에 의해 디지털 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어하고, 일정레벨 이하일 경우에는 제어부의 제어에 의해 아날로그 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어신호를 출력하고, 제어부에서 출력되는 제어신호에 따라 오디오신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이상일 경우에 디지털 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 스피커에서 출력하도록 절환수단에 의해 절환하고, 오디오신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이하일 경우에 아날로그 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 스피커에서 출력하도록 절환수단에 의해 절환하는 절환수단을 구비하고 하고 있으므로, 오디오 신호처리부에서 출력되는 음향신호가 일정레벨 이하일 경우에는 아날로그 증폭기를 사용하여 음향을 증폭하여 노이즈 발생을 억제할 수 있고, 오디오 신호처리부에서 출력되는 음향신호가 일정레벨 이상일 경우에는 디지탈 증폭기를 사용하여 음향을 증폭하여 증폭시에 전력손실이 적고 증폭효율을 개선시킬 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 오디오 신호를 받아서 일정레벨로 증폭해서 분배하는 오디오신호 처리부(10)와, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 일정 레벨 이상의 신호를 받아서 디지털신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭하는 디지털 증폭부(20)와, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 일정 레벨 이하의 신호를 받아서 오디오신호로 증폭함과 동시에, 일정레벨 이상으로 전력증폭하는 아날로그 증폭부(30)와, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 오디오 신호를 받아서 미리 설정되어 있는 노이즈 레벨과 비교하여 일정레벨 이상일 경우에는 디지털 증폭부(20)에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어하고, 일정레벨 이하일 경우에는 아날로그 증폭부(30)에서 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 제어신호를 출력하는 제어부(40)와, 상기 제어부(40)에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이상일 경우에 디지털 증폭부(20)에서 증폭된 오디오 신호를 스피커(50)에서 출력하도록 절환하고, 상기 오디오신호 처리부(10)에서 출력되는 오디오 신호가 일정레벨 이하일 경우에 아날로그 증폭부(30)에서 증폭된 오디오 신호를 스피커(50)에서 출력하도록 절환하는 절환수단(60)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워 앰프.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 디지털 증폭부(20)는 오디오 신호 처리부(10)의 제1 출력측 버퍼(15)에서 출력되는 오디오 신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하는노이즈 필터(C21,C22)와, 상기 노이즈 필터(C21,C22)에서 노이즈가 필터링된 오디오신호를 받아 전자파를 필터링하는 인덕터(FB1)와, 상기 인덕터(FB1)에서 전자파가 필터링된 오디오 신호를 저항(R21)을 통해 받아 직류성분을 차단하고, 교류성분을 출력하는 커플링 캐패시터(C23)와, 상기 커플링 캐패시터(C23)에서 교류성분의 오디오신호를 받아서 디지털 증폭하는 디지털 증폭기(21)와, 전류제한저항(R22)을 통해 흐르는 전류에 의해 발광되어 상기 디지털 증폭기(21)의 증폭동작을 표시하도록 상기 디지털 증폭기(22)에 접속되어 있는 발광다이오드(LED1)와, 상기 디지털 증폭기(21)에서 오디오신호를 디지털 증폭시킨 고주파신호를 바이어스저항(R23,R24)을 통해 받아서 전력증폭하는 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 드레인단자에 인가되는 직류전원에 포함되어 있는 고주파 성분을 접지로 바이패스하는 캐패시터(C24,C25)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET1)의 소오스단자와 상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 드레인단자에 각각 접속되어 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에 역전압의 인가를 방지하는 역전압 인가 방지 다이오드(D21,D22)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 소오스단자에 접속되어 인가되는 전원을 안정화시키는 바이패스 캐패시터(C26)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에서 전력증폭된 오디오 고주파신호의 저대역성분을 필터링함과 동시에,상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에서 전력증폭된 오디오 고주파신호를 저항(R25)을 통해 상기 디지털 증폭기(21)로 피이드백하는 RC필터(R25,C27)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)에서 전력증폭된 오디오 고주파신호를 오디오신호 대역으로 필터링하는 LC필터(L21,C28)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 동작을안정화시키도록 디지털 증폭된 오디오신호를 일정주파수로 임피던스 고정시키는 RC 시정수회로(R26,C29)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 출력측에 과전류의 흐름을 검출하는 검출저항(R27)과, 상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 소오스단자에 인가되는 -5Vdc 전원에 포함되어 있는 고주파 성분을 필터링하는 캐패시터(C30,C31)와, 상기 푸시풀 증폭기(FET2)의 소오스단자에 인가되는 -5Vdc와 푸시풀 증폭기(FET1,FET2)의 스피커(50) 사이의 과전류 흐름을 검출하는 검출저항(R28)와, 전원을 차단하지 않고 동작을 순간적으로 정지시키도록 상기 디지털증폭기(21)에 뮤트신호의 입력을 단속하는 스위치(SW1)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워 앰프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부(40)는 오디오 신호 처리부(10)의 제3 출력측 버퍼(17)에서 출력되는 오디오 신호를 받아 전파정류하는 전파정류수단(41)과, 상기 전파정류수단(41)에서 전파정류된 신호를 받아서 평활화시키는 RC시정수회로(R41,C41)와, 상기 RC시정수회로(R41,C41)에 의해 평활화된 전파정류신호를 입력저항(R42)을 통해 비반전단자(+단자)에서 받음과 동시에, 기준레벨을 제너다이오드(Z1), 볼륨조절기(VR41) 및 입력저항(R43)을 통해 반전단자(-단자)에서 받아 비교하는 비교기(42)와, 상기 비교기(42)의 비교결과 상기 비교기(42)의 비반전단자(+단자)에 입력되는 전압이 상기 비교기(42)의 반전단자에 입력되는 기준전압보다 클 경우에 상기 비교기(42)의 출력단자에 전류제한저항(R44)을 통해 +15Vdc가 출력되고 있음을 표시하는 발광다이오드(LED41)와, 상기 비교기(42)의 비교결과 상기 비교기(42)의 비반전단자(+단자)에 입력되는 전압이 상기 비교기(42)의 반전단자(-단자)에 입력되는 기준전압보다 작을 경우에 상기 비교기(42)의 출력단자에 전류제한저항(R44)을 통해 -15Vdc가 출력되고 있음을 표시하는 발광다이오드(LED42)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워 앰프.
  4. 제1항에 있어서, 상기 오디오신호 처리부(10)는 +오디오신호를 받아서 교류성분만을 통과시키는 제1 커플링 캐패시터(C1)와, 상기 제1 커플링 캐패시터(C1)를 통과한 +교류성분 신호를 받아서 분압하는 분압저항(R1,R2)과, 상기 분압저항(R1,R2)에서 일정비율로 분압된 +성분의 교류성분 신호보호하는 보호다이오드(D1,D2)와, 상기 보호다이오드(D1,D2)를 통과한 분압된 +성분의 교류성분 신호중에 포함된 고주파 신호를 접지로 바이패스시키는 제1 고주파 바이패스 필터(C2)와, 상기 제1 고주파 바이패스 필터(C2)에서 필터링된 교류성분의 신호를 비반전단자(+단자)에서 받고, 궤환저항(R6)을 통해 피이드신호를 반전단자(-단자)에서 받아 그 차신호를 증폭하는 제1 차동증폭기(11)와, 오디오신호 처리부(10)에서 처리해서 출력되는 -오디오신호를 받아서 교류성분만을 통과시키는 제2 커플링 캐패시터(C3)와, 상기 제2 커플링 캐패시터(C3)를 통과한 -성분의 교류성분 신호를 받아서 분압하는 분압저항(R3,R4)과, 상기 분압저항(R3,R4)에서 일정비율로 분압된 -교류성분의 신호보호하는 보호다이오드(D3,D4)와, 상기 보호다이오드(D3,D4)를 통과한 분압된 +성분의 교류성분 신호중에 포함된 고주파 신호를 접지로 바이패스시키는 제2 고주파 바이패스 필터(C4)와, 상기 제2 고주파 바이패스 필터(C4)에서 필터링된 교류성분의 신호를 비반전단자(+단자)에서 받고, 궤환저항(R7)을 통해 피이드신호를반전단자(-단자)에서 받음과 동시에, 궤환저항(R6)을 통해 궤환되는 궤환신호를 입력저항(R5)을 통해 받아서 그 차신호를 증폭하는 제2 차동증폭기(12)와, 상기 제1 차동증폭기(11)에서 차동증폭되어 출력되는 신호를 입력저항(R8)을 통해 반전단자(-단자)에서 받음과 동시에, 상기 제2 차동증폭기(12)에서 차동증폭되어 출력되는 신호를 입력저항(R9,R11)을 통해 비반전단자(+단자)에서 받아 일정레벨로 증폭하는 OP앰프(13)와, 상기 OP앰프(13)에서 출력되는 일정레벨로 증폭된 신호의 볼륨을 제어하는 가변저항기로 이루어진 볼륨조절기(VR1)와, 상기 볼륨조절기(VR1)에 의해 볼륨이 조절된 오디오신호를 입력저항(R12)을 통해 받아서 완충하는 입력측 버퍼(14)와, 상기 버퍼(14)에서 완충된 신호를 받아서 일정레벨로 볼륨을 조절하는 볼륨조절기(VR2)와, 상기 볼륨조절기(VR2)에서 볼륨이 조절된 오디오 신호를 입력저항(R14)을 통해 반전단자(-단자)에서 받아서 완충시켜서 디지털증폭부(20)로 출력하는 제1 출력측 버퍼(15)와, 상기 입력측 버퍼(14)에서 완충된 신호를 받아서 일정레벨로 볼륨을 조절하는 볼륨조절기(VR3)와, 상기 볼륨조절기(VR3)에서 볼륨이 조절된 오디오 신호를 입력저항(R19)을 통해 비반전단자(+단자)에서 받아서 완충시켜서 아날로그 증폭부(30)로 출력하는 제2 출력측 버퍼(16)와, 상기 입력측 버퍼(14)에서 완충된 신호를 받아서 일정레벨로 볼륨을 조절하는 볼륨조절기(VR4)와, 상기 볼륨조절기(VR4)에서 볼륨이 조절된 오디오 신호를 입력저항(R20)을 통해 반전단자(-단자)에서 받아서 완충시켜서 제어부(40)로 출력하는 제3 출력측 버퍼(17)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워 앰프.
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CN109586676A (zh) * 2019-01-24 2019-04-05 江门市川琪科技有限公司 一种全负载自动增益匹配功率放大器
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