專利名稱：時分式功放電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及音頻播放設備領域，尤其是關于音頻播放設備的模擬功放電路。
背景技術：
現有的音頻播放設備的功率放大器是用以驅動負載(如喇叭)，其一般包括數字功率放大器和模擬功率放大器。在功率放大器的使用過程中，輸出功率和能耗是需要重點考慮的問題，對于模擬功率放大器，如單純的提高功放電路的輸出功率則會造成整個功放電路的能耗增加和發熱大，如單純的節約能源則輸出功率又不能得到保證。而對于數字功率放大器，如同時達到節能和保證輸出功率的目的則又需要投入較大的成本，而且其輸出信號的技術指標遠非模擬功率放大器可比。
發明內容
本發明的目的在于提供一種在保證輸出功率前提下能實現節能的時分式功放電路。
本發明的目的是這樣實現的該時分式功放電路包括由電源供電的功率放大電路、電平產生電路和開關電路，電平產生電路的輸出端電性連接開關電路的輸入端，開關電路的輸出端電性連接功率放大電路的電源輸入端，電平產生電路以一定頻率輸出高低電平到開關電路，該高低電平控制開關電路在導通和斷開狀態之間交替變換，使其當開關電路導通時，電源輸出電流到功率放大電路；使其當開關電路斷開時，電源停止輸出電流到功率放大電路。
所述的電平產生電路具有兩路電平信號輸出，開關電路至少具有兩組，該兩路電平信號分別輸出到第一、第二開關電路，各開關電路的輸出與其對應的功率放大電路連接，且該兩路電平信號之間具有相位差。
所述的電平產生電路包括振蕩電路和第一、第二晶體管，振蕩電路提供第一、第二晶體管輸出高低電平的頻率，第一、第二晶體管分別輸出電平信號到第一、第二開關電路，且第一晶體管輸出電平信號到第二晶體管的一輸入端，該電平信號與第二晶體管輸出的電平信號反相。
所述的開關電路的輸出端對地接電源平滑電容。
與現有技術相比，本發明具有如下優點1)由于各聲道功率放大電路的電源由開關電路控制交替供給，從而在保證輸出功率的情況下降低了能耗，進而提高了效率，同時由于采用的是由簡單電路元件構成的模擬功放電路，所以也節省了成本；2)通過電源平滑電容的使用，可以使電平產生電路輸出的脈沖方波信號經平滑處理后，而成為平直的直流電源為功率放大電路提供電能，從而提高了該功放電路的技術指標，使其技術指標優于數字功放。
圖1是本發明時分式功放電路的電平產生電路和開關電路的電路圖。
圖2是本發明時分式功放電路的電平產生電路輸出的電平信號的一段波形圖。
圖3是本發明時分式功放電路的開關電路輸出的電平信號的一段波形圖。
圖4是圖3所示的電平信號經過平滑處理后的波形圖。
圖5是本發明時分式功放電路運用于兩聲道功放時的電路圖。
具體實施例方式
請參閱圖1至圖5，本發明時分式功放電路是模擬功放電路，包括電平產生電路、開關電路及功率放大電路。電平產生電路是用以以一定頻率輸出高低電平，開關電路是用以起開關作用，從而控制電路的導通和斷開，功率放大電路是用以向負載(如喇叭)提供足夠的功率，其由電源供電。電平產生電路的輸出端接開關電路的輸入端，開關電路的輸出端接功率放大電路的電源輸入端，使其當電平產生電路輸出高電平到開關電路時，開關電路導通，從而使電源經開關電路輸出電流到功率放大電路；使其當電平產生電路輸出低電平到開關電路時，開關電路斷開，從而使電源停止輸入電流到功率放大電路。
請參閱圖1至4，表示本發明時分式功放電路的電平產生電路和開關電路的電路結構和工作原理，其是運用于兩聲道功放，該兩聲道功放分別為R聲道功率放大電路和L聲道功率放大電路。電平產生電路為一自激振蕩器，其具有兩路電平信號輸出。該振蕩器包括第一、第二晶體管B1、B2和電阻電容元件R1、R3、C1、R2、R4及C2，且第一、第二晶體管B1、B2的集電極分別經集電極電阻R1、R2接地。本實施方式中，第一、第二晶體管B1、B2均為PNP型三極管，其中，第一晶體管B1的基極經電容C2接第二晶體管B2的集電極，B1的集電極(即輸出端)接一開關電路的輸入端，B1的發射極接B2的發射極，第二晶體管B2的基極經電容C1接B1的集電極，B2的集電極(即輸出端)接另一開關電路。第一、第二晶體管B1、B2的集電極均輸出脈沖方波信號，從而使該電平產生電路以一定的振蕩頻率輸出高低電平，該振蕩頻率值由RC元件的設定值決定，通過調節R3和R4的阻值而可以在一定范圍內改變振蕩器的頻率。振蕩頻率值可由下列公式得出f＝1/T≈1/0.7(C1*R3+C2*R4)，其中f為頻率，T為周期，C1、C2、R3及R4為阻容元件的阻值或電容值，且C1*R3＝C2*R4，從而使占空比為50％。開關電路具有兩個，在本實施方實中其分別為第一、第二開關管B3、B4，該第一、第二開關管B3、B4均為NPN型三極管，第一、第二開關管B3、B4的基極(即輸入端)分別接第二、第一晶體管B2和B1的集電極，B3、B4的集電極分別接電源，其發射極分別接對應的功率放大電路的電源輸入端，從而使該第二、第一開關管B4、B3分別受到B1和B2集電極輸出的高低電平控制，實現第一、第二開關管B3、B4交替開關。
當自激振蕩器工作時，假設第一晶體管B1先導通，B1集電極輸出高電平，即電位為“1”，因B2的基極經電容C1接B1的集電極，所以C1接B1集電極的一端的電位為“1”，B2的基極因高電位而截止，B2集電極輸出“0”電位，此時開關管B3因晶體管B2輸出電位為“0”電位而截止，開關電路斷開，B3的發射極沒有電流輸出；而第二開關管B4因第一晶體管B1輸出高電位“1”而飽和導通，電源經圖1所示的BIN端流入開關管B4，經B4的發射極輸出而向L聲道功率放大電路提供電流，由于自激振蕩器工作在“無穩態”，所以上述過程是交替進行的(如圖2中的A和B段所示)，即當B1的輸出電平為1、0、1時，B2的輸出電平為0、1、0，晶體管B2輸出的脈沖方波信號落后B1半個周期，從而通過該交替輸出的高低電平而控制晶體管B4、B3交替開關。第一、第二開關管B3、B4分別構成第二、第一開關電路。
采用上述供電方式時，第一、第二開關管B3、B4發射極輸出的是脈沖方波電源信號(如圖3所示)。為此，在實際設計電路時要在每個開關管B3、B4的發射極對地接一只電容Cr，以平滑發射極的電源輸出(如圖4所示)。電容的取值只要滿足Cr的充電時間大于頻率周期即可。自激振蕩器的頻率可參照下式選取fa≥4f0，其中fa振蕩頻率，f0指音頻最高頻率，本實施方式中使用的是334KHz的時鐘振蕩頻率。
開關電路也可以采用現有技術的可控硅或電子開關，其只需要在電平信號控制下能實現電路的導通和斷開即可。電平產生電路也可采用現有技術的其它振蕩器或電路，其只需要能實現以一定頻率輸出高低電平信號即可。
圖5是本發明應用于立體聲二聲道功放時的電路圖。A1、A2是普通的OTL功率放大電路，第一、第二開關管B3、B4的集電極接電源正極端，其發射極分別接功率放大電路A1和A2低放部分的電源輸入端。開機工作時，第一、第二開關管B3、B4受電平產生電路輸出的高低電平控制，使電源交替經過第一、第二開關管B3、B4的發射極而向A1和A2二個功率放大電路輸出電流，該發射極輸出的電源經電解電容Cv1平滑處理后，成為平直的直流電源而向A1和A2的低放部分提供電能(如圖3所示)。此種情況下，低放部分的電壓會因脈沖式電源輸出的影響，有0.7~3V的下降，但這一影響對功率放大電路的輸出功率的影響很小。本發明中，功率放大電路也可以采用現有技術的OTL、BTL或ALA等電路設計形式，其只需要使其電源輸入端與其對應的開關電路的輸出端連接，并能提供負載足夠的功率即可。電源可采用雙電源或單電源供電，只需要其能提供電源給功率放大電路即可。
由于左(L)、右(R)二個聲道功率放大電路的電源由開關電路控制交替供給，因此，電路的電源消耗實際上只是一個聲道的電源消耗量，從而在理論上本技術可以節能一倍，換言之也就是效率提高了一倍。通過實際電路測試，并結合實際電損耗，效率約為90％。根據實測，如果一臺輸出功率為10W+10W的多媒體功放，在未使用本技術時的電耗為26W。在功率放大電路不變情況下，采用本發明的技術設計后，輸出功率為9.5W+9.5W，電耗卻降低到13.2W，效率提高了近一倍。
本發明中，當為N(N≥2時)聲道時，需要N組開關電路，且各個開關電路均與對應的各聲道的功率放大電路連接。當N＝3時，即還具有第三開關電路，該開關電路的電路結構與第一、第二開關電路相同，且將其中兩個開關電路并聯后與晶體管B1、B2中之一的集電極連接，另一開關電路則與另一晶體管的集電極連接；當N＝4時，則將開關電路兩兩并聯后分別與B1或B2的集電極連接；當N＝5時，則開關電路為二三并聯后分別與B1或B2的集電極連接。當為單聲道時，則電平產生電路僅需要包括一個晶體管和RC元件，晶體管輸出高低電平信號來控制開關電路的導通或斷開，從而通過該開關電路控制功率放大電路的的電源輸入，其也可在開關電路的輸出端對地接電源平滑電容，以平滑開關電路的電源輸出。上述由于各個聲道功率放大電路的電源由開關電路交替供給，因此也節省了各聲道功率放大器的電源消耗量。上述各種方式中，晶體管B2的電平信號輸出是由B1的集電極控制，由于B2的集電極輸出的電平信號與由B1輸入B2的電平信號反向，從而使晶體管B1和B2交替輸出高電平。
當然，該時分式功放電路的電平產生電路也為分為獨立的兩組，即第一晶體管B1和RC元件構成第一振蕩器，第二晶體管B2和RC元件構成第二振蕩器，該兩振蕩器合稱為一個電平產生電路。通過RC元件的參數設置，使兩電平產生電路的振蕩頻率相同，且使B1和B2的集電極輸出的脈沖方波信號相差半個周期，從而使B1和B2交替輸出高電平。第一、第二晶體管B1、B2的集電極分別接開關電路的輸入端，各開關電路與第一、第二晶體管B1、B2之間的連接方式如前所述。通過第一、第二晶體管B1和B2交替輸出高低電平，控制開關電路的導通和斷開，進而控制電源是否輸出電流到各功率放大電路。另外，電平產生電路的占空比也可不為50％，其只需要在設計時，如第一振蕩器和第二振蕩器輸出的電平信號的頻率相同，則使兩個電平信號之間具有一定的相位差(如相差1/4個周期)，該種方法也可以在一定程度上實現對功率放大電路交替提供電源，從而也可達到在保證輸出功率條件下節能和提高效率的目的；當然，該兩振蕩器輸出的電平信號的頻率也可不相同，其也可如上述頻率相同相位不同的方法一樣實現開關電路的交替開關，進而達到實現功率放大電路節能的目的。
權利要求
1.文件來源電子申請
2.收文日期2004-8-12
3.申請號
4.權利要求項權利要求1一種時分式功放電路，包括由電源供電的功率放大電路，其特征在于還包括電平產生電路和開關電路，電平產生電路的輸出端電性連接開關電路的輸入端，開關電路的輸出端電性連接功率放大電路的電源輸入端，電平產生電路以一定頻率輸出高低電平到開關電路，該高低電平控制開關電路在導通和斷開狀態之間交替變換，使其當開關電路導通時，電源輸出電流到功率放大電路；使其當開關電路斷開時，電源停止輸出電流到功率放大電路。權利要求2如權利要求1所述的時分式功放電路，其特征在于所述的電平產生電路具有兩路電平信號輸出，開關電路至少具有兩組，該兩路電平信號分別輸出到第一、第二開關電路，各開關電路的輸出與其對應的功率放大電路連接，且該兩路電平信號之間具有相位差。權利要求3如權利要求2所述的時分式功放電路，其特征在于所述的兩路電平信號之間相差半個周期。權利要求4如權利要求3所述的時分式功放電路，其特征在于所述的電平產生電路包括振蕩電路和第一、第二晶體管，振蕩電路提供第一、第二晶體管輸出高低電平的頻率，第一、第二晶體管分別輸出電平信號到第一、第二開關電路，且第一晶體管輸出電平信號到第二晶體管的一輸入端，該電平信號與第二晶體管輸出的電平信號反相。權利要求5如權利要求4所述的時分式功放電路，其特征在于還包括第三開關電路，該第三開關電路與第一或第二開關電路并聯，其并接端與相應的第一或第二晶體管的電平信號輸出端相接。權利要求6如權利要求4所述的時分式功放電路，其特征在于所述的第一及第二晶體管為三極管，第一晶體管的集電極接第一開關電路的輸入端，其基極經電容接第二晶體管的集電極，其發射級與第二晶體管的發射級連接，第二晶體管的集電極接第二開關電路的輸入端。權利要求7如權利要求1-6中任意一項所述的時分式功放電路，其特征在于所述的開關電路的輸出端對地接電源平滑電容。權利要求8如權利要求1-6中任意一項所述的時分式功放電路，其特征在于所述的開關電路為三極管，該三極管的基極接電平產生電路的輸出端，其發射極接功率放大電路的電源輸入端，其集電極接電源的正極。
全文摘要
本發明時分式功放電路包括由電源供電的功率放大電路、電平產生電路和開關電路，電平產生電路的輸出端電性連接開關電路的輸入端，開關電路的輸出端電性連接功率放大電路的電源輸入端，電平產生電路以一定頻率輸出高低電平到開關電路，該高低電平控制開關電路在導通和斷開狀態之間交替變換，使其當開關電路導通時，電源輸出電流到功率放大電路；使其當開關電路斷開時，電源停止輸出電流到功率放大電路。由于各聲道功率放大電路的電源由開關電路控制交替供給，從而在保證輸出功率的情況下降低了能耗，進而提高了效率。
文檔編號H03K17/00GK1588795SQ20041015522
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月12日 優先權日2004年8月12日
發明者陳思源 申請人:陳思源