TWI356583B - Audio power amplifier - Google Patents

Description

1356583 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 且特別是有關於一 本發明是有關於一種功率放大器 種放大音頻信號之功率放大器。 【先前技術】 隨著科技的進步，各種類型的電子音頻放大器已分別 • 應用於各種音訊系統，例如公共廣播系統、汽車音響系統， 以及可攜式電子產品，如對講機(Tw〇 Way Radi〇)。這些音 頻放大器各自有不同規格，例如其功率消耗均不相同了由 於D類放大器與脈衝寬度調變電路drcuit)具有高 效率的特性，因此音頻放大器通常採用〇類放大器以及脈 衝寬度調變電路來處理音頻信號。 、脈衝寬度調變電路主要功能是將輸入電壓的振幅轉換 成特定寬度的脈衝，換句話說它是將振幅資料轉換成脈衝 ^ 寬度。一般開關輸出電路只能輸出電壓振幅一定的信號， 為了輸出與正弦波類似之電壓振幅變化的信號，必需將電 壓振幅轉換成脈衝信號。舉例來說，一般高功率電路由脈 衝寬度調變電路、閘極驅動電路以及開關電路所構成，其 口中脈衝寬度調變電路主要功能是對三角㈣振幅與參考信 號的振幅進行比較’同時輸出可以驅動閘極驅動電路的驅 動k號’進而控制開關電路的輸出電壓。 然而，當音頻功率放大器在啟動階段，可能會有一個 大的直流電流流入放大器和負載，因而損害放大器電路以 1356583 及負載，並產生不悦耳的開機聲噪（popn〇ise)。 因此’需要一個新的音頻功率放大器，可以減少音頻 放大器啟動時所產生的聲噪，並防止音頻放大器的負載在 啟動時受到損害。 【發明内容】 因此本發明之一方面提供一種音頻功率放大器，能夠 減少音頻放大器啟動時所產生的聲噪，並防止音頻放大器 的負載於啟動時受到大電流的損害。 依照本發明之一實施例，音頻功率放大器包括前置放 大器、誤差放大器、比較器、橋式電路以及回授電路。前 置放大器放大音頻信號，當此音頻功率放大器啟動時，前 置放大器之增益係逐步地增加。比較器比較經放大之音頻 4§號以及參考信號’以產生脈衝寬度變調信號。橋式電路 具有開關，這些開關係由脈衝寬度變調信號所控制，以使 開關產生之驅動電流交替的流進或流出負載。回授電路則 產生回授信號以顯示負載之狀態，並由誤差放大器比較此 回授信號以及經放大之音頻信號，來產生誤差信號。 本發明之另一方面提供一種前置放大器，此一前置放 大器係放大一音頻功率放大器所接收之一音頻信號，並減 少音頻放大器啟動時所產生的聲噪。 依照本發明之另一實施例，前置放大器包括—運算放 大器以及一輸入信號控制器。運算放大器具有一第一輸入 端以接收一參考電壓。輸入信號控制器電性連接於運算放 6 1356583 大益之·一輸出端以及·一第二輸入端之間。輸入信號控制器 係接收一電壓信號，當音頻功率放大器啟動時，此電壓信 號之電壓準位係逐步地降低。 根據上述實施例，音頻功率放大器之前置放大器係逐 漸地增加音頻信號的增益，防止音頻信號在瞬間加大，因 而能夠減少音頻放大器啟動時所產生的聲噪，並防止音頻 放大器的負載於啟動時受到大電流的損害。 【實施方式】 以下實施例之音頻功率放大器，能夠逐步地放大輪入 的音頻信號，以減少開機聲噪（pop n〇ise)，並防止音頻功率 放大器及其負載於音頻放大器啟動時受到大電流的損害。 請參照第1圖，其係繪示本發明一實施例之前置放大 器電路圖。刖置放大器lOi係逐漸地增加音頻信號的電壓 增益，來防止啟動瞬間產生大電流，進而防止此一大電流 φ &入音頻放大器及其負載’因而能夠減少音頻放大器啟動 時所產生的聲嗓，並防止音頻放大器的負載於啟動時受到 大電流的損害。 ▲前置放大H ΗΠ用來放大音頻功率放A器所接收之音 頻信號’此前置放大器1G1包括運算放A|| 1()3、輸入信號 ，制器105以及電阻U3,其中電阻113電性連接運算放大 益103之第二輸入端137。運算放大器1〇3之輸出端別 與第二輸入端（負輸入端）137電性連接輸入信號控制器 105 ’運算放大器103之第一輸入端(正輸入端)則接收參考 7 1356583 電壓，此參考電壓可為接地電塵。 此輸入信號控制器105係接妆 ^ 你楼收電壓信號，其中當音頻 功率放大器啟動時，此電麼作缺+泰广 电麼乜唬之電壓準位係逐步地降 低。輸入信號控制器105包括第一 ^電晶體1〇7、第二電晶體 109、電性連接運算放大器1〇3之 爾出端139與第二輸入端 137之電阻115，以及電性連接第-带 廷按弟—電晶體109閘極的反相 器 111。

第-電晶體107之第-源沒極電性連接運算放大器 1〇3之輸出端139’其第二驗極電性連接運算放大器ι〇3 之第二輸入端137’此第一電晶體1〇7之閘極則接收電壓信 號。第二電晶體⑽之第一源祕電性連接運算放大器1〇3 之輸出端139,此第二電晶體刚之第二源及極電性連接運 算放大器H)3之第二輸人端137’此第二電晶體ig9之閘極 則接收經反相器111反相後之電麗信號。 為了使輸入音頻信號的電壓增益逐漸地增加，輸入信 號控制器105的阻抗值需要逐步地增加。由於當音頻功率 放大器啟動時輸入信號控制器1〇5的阻抗需要逐步增加， 用來驅動第-電晶體1G7以及第二電晶體1()9的電壓信號 電壓準位需要逐步減少，以逐步增加第—電晶冑—以及 第一電晶體109的阻抗值。 請參照第2圖，其係繪示本發明一實施例之音頻功率 放大器方塊圖。音頻功率放大器包括前置放大器2〇丨、誤差 放大器207、比較器221、橋式電路227、波形產生器2〇9 以及回授電路225 ^前置放大器201放大音頻信號，此音頻 1356583 號包括人類語音以及音樂。當音頻功率放大器啟動時， 月il置放大器201之增益係逐步地增加，因此能夠防止啟動 . 瞬間所產生的大直流電流流入音頻放大器及其負載，減少 音頻放大器啟動時所產生的聲噪，並防止音頻放大器與負 載於啟動時受到大電流的損害。 波形產生器209產生參考信號，此參考信號可為三角 波信號。比較器221則比較經放大之音頻信號以及參考信 • 號，來產生脈衝寬度變調信號（PWMsignal)。橋式電路227 具有開關，這些開關係由上述脈衝寬度變調信號所控制， 以使開關所傳遞之驅動電流交替的流進或流出負載，此負 載可為揚聲器241。回授電路225偵測橋式電路227之電壓 或是電流，並據以產生回授信號來顯示橋式電路227以及 揚聲器241之狀態，然後由誤差放大器2〇7比較此回授信 號以及經放大之音頻信號，來產生誤差信號。 請參照第3圖，其係繪示本發明另一實施例之音頻功 ，率放大器方塊圖。與前述的音頻功率放大器近似，此一實 ，例之刖置放大器301亦包括運算放大器3〇3以及輸入信 號控制器305來逐漸地放大音頻信號，其中輸入信號控制 器305係連接於運算放大器303的輸入端337與輸出端339 之間。除了前置放大器30卜誤差放大器3〇7、比較器321、 橋式電路327、波形產生器309以及回授電路325之外，此 音頻功率放大器更包括積分器345以及閘極驅動電路 323。積分器345電性連接於前置放大器3〇1與誤差放大器 3〇7之間’來遽除向頻雜訊’以消除交越失真;見象（或稱頻 1356583 豐現象；aliasing phenomen〇n)使音頻功率放大器穩定。 閘極驅動電路323電性連接於比較器321與橋式電路 • 327之間。閘極驅動電路323依據比較器321所產生的脈衝 寬度變調信號（PWM)，產生驅動信號來控制橋式電路327。 由於橋式電路327具有較大電容值，故需要閘極驅動電路 323來有效的推動橋式電路327。 橋式電路327具有數個開關（p型電晶體329/331以及n • 型電晶體333/335)，這些開關與負载341係係呈H型連接 (負載341連接於端點0UTP與〇UTN之間）。由於當輸出 電晶體331、329、333、335導通時’其理想阻抗是零；另 一方面’當輸出電晶體331、329、333、335戴止時，其理 想阻抗無限大’故輸出電晶體331、329、333、335所造成 的電壓降甚小，可以忽略不計。 基於上述輸出電晶體331、329、333、335的阻抗特性， 控制輸出電晶體331、329、333、335的脈衝寬度變調信號 _ 可使輸出電壓（端點OUTP與端點OUTN之間的電麼差） 之電壓值在供電電壓VDD與VSS之間切換，驅動電流則 父替的流進/流出負載341。在這種情況下，輸出電晶體 331、329、333、335所造成的功率消耗較小，功率轉換效 率因而提高。 根據上述實施例，藉由前置放大器，音頻功率放大器 能夠逐漸地增加音頻信號的增益，防止音頻信號在瞬間加 大’因而能夠減少音頻放大器啟動時所產生的聲噪，並防 止音頻放大器與其負載於音頻功率放大器啟動時受到大電 流的損害。 、雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 .、π疋本發明’任何在本發明所屬技術領域巾具有通常知 識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之更 動〃潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範 圍所界定者為準。 • 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 此更明顯易懂’所附圖式之詳細說明如下： 第1圖係繪示本發明一實施例之前置放大器電路圖。 第2圖係繪示本發明一實施例之音頻功率放大器方塊 圖。 第3圖係繪示本發明另一實施例之音頻功率放大器方 ^ 塊圖。 【主要元件符號說明】 101 : 前置放大器 103 :運算放大器 105 : 輸入信號控制器 107 :第一電晶體 109 : 第二電晶體 111 :反相器 113 : 電阻 115 :電阻 137 : 第二輸入端 139 :輸出端 201 : 前置放大器 207 :誤差放大器 1356583

209 :波形產生器 225 :回授電路 241 :揚聲器 303 :運算放大器 307 :誤差放大器 321 :比較器 325 :回授電路 337 :輸入端 221 :比較器 227 :橋式電路 301 :前置放大器 305 :輸入信號控制器 309 :波形產生器 323 :閘極驅動電路 329〜335 :電晶體 339 :輸出端

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Claims (1)

1356583 __ 100年08月25日修正替換頁 ' 十、申請專利範圍： I一種音頻功率放大器，包含： —前置放大器，以放大一音頻信號，其中當該音頻功 率放大器啟動時，該前置放大器之增益係逐步地增加，其 中該前置放大器包含： 一運算放大器，具有一第一輸入端以接收一參考 電壓；以及 一輸入信號控制器，電性連接該運算放大器之一 輪出端以及一第二輸入端，其中輸入信號控制器係接 收一電壓信號，當該音頻功率放大器啟動時，該電壓 信號之電壓準位係逐步地降低； 一誤差放大器’比較經放大之該音頻信號以及一回授 化號’以產生一誤差信號； 一比較器，比較經放大之該音頻信號以及一參考信 號’以產生一脈衝寬度變調信號； 一橋式電路，具有複數個開關，該些開關係由該脈衝 寬度變調信號所控制，以使該些開關所傳遞之一驅動電流 交替的流進或流出一負載；以及 -回授電路，產±該回授信號以顯示該負冑之狀態。 2.如申請專利範圍第i項所述之音頻功率放大器，其 中該輸入信號控制器包含： 〃 -第-電晶體’該第一電晶體之—第一源汲極電性連 接該運算放大器之該輸出端，該第—電晶體之—第二源没 13 100年08月25日修正替換頁 極電I·生連接該運算放大器之該第二輸入端該第一電晶體 之一閛極則接收該電壓信號；以及 —電阻電性連接該運算放大器之該輸出端以及該第二 輸入端。 3. 如申請專利範圍第2項所述之音頻功率放大器其 中該輸入彳§號控制器更包含一第二電晶體，該第二電晶體 之一第一源汲極電性連接該運算放大器之該輸出端，該第 一電晶體之一第二源汲極電性連接該運算放大器之該第二 輸入端，該第二電晶體之一閘極則接收經反相之該電壓信 號。 4. 如申請專利範圍第2項所述之音頻功率放大器其 中該輸入k號控制器更包含一反相器，該反相器係電性連 接該第二電晶體。 5，如申請專利範圍第丨項所述之音頻功率放大器，更 包含一閘極驅動電路，該閘極驅動電路係依據該脈衝寬度 變調信號產生複數個驅動信號，以控制該橋式電路之該些 開關。 6.如申請專利範圍第丨項所述之音頻功率放大器，其 中該參考信號係為一三角波信號。 1356583 100年08月25日修正替換頁 7. 如申請專利範圍第1項所述之音頻功率放大器，盆 中該橋式電路之該些開關與該負載係以連接。 8. 如申請專利範圍第丨項所述之音頻功率放大器更 包含-積分器’電性連接於該前置放大器以及該誤差放大 器之間以濾除高頻信號。 9· -種前置放大器’用以放大―音頻功率放大器所接 收之一音頻信號’該称置放大器包含： 一運算放大器，具有一第—輸入端以接收一參考電 壓；以及 一輸入信號控制器，電性連接於該運算放大器之一輸 出端以及-第二輸入端之間，其中該輸入信號控制器係接 收一電壓信號，當該音頻功率放大器啟動時，該電壓信號 之電壓準位係逐步地降低》 ; 10.如申請專利範圍第9項所述之前置放大器，其中 該輸入信號控制器包含： 一第一電晶體，該第—電晶體之一第一源汲極電性連 接該運算放大器之該輸出端，該第一冑晶體之一第二源沒 極電性連接該運算放大器之該第二輸人端，該第_電晶體 之一閘極則接收該電壓信號；以及 一電阻電性連接於該運算放大器之該輸出端與該第二 輸入端之間。 15 1356583 100年08月25日修正替換頁 η·如申請專利範圍第10項所述之前置放大器，盆中 該輸入信號控制器更包含—第二電晶體，該第二電晶體之 -第-源沒極電性連接該運算放大器之該輸出端該第二 電晶體之一第二源汲極電性連接該運算放大器之該第二輸 入端，該第二電晶體之一閘極則接收反相後之該電壓信號。 如申請專利範圍第u項所述之前置放大器，其中 該輸入信號控制器更包含一反相器電性連接該第二雷曰 *〇 B曰 體，以反相該電壓信號。