本(ben)發明涉(she)(she)及放(fang)大(da)(da)(da)器領域。本(ben)發明具體涉(she)(she)及旨在控制至少一個揚(yang)聲(sheng)器的高(gao)功率音頻(pin)放(fang)大(da)(da)(da)器。高(gao)功率放(fang)大(da)(da)(da)器在錄音室或音樂(le)廳中(zhong)提供聲(sheng)音方(fang)面具有特定的應用(yong)。它們特別用(yong)于為(wei)電(dian)動(dong)揚(yang)聲(sheng)器供電(dian)。本(ben)發明有利(li)地使得可(ke)以獲得具有比現有技術的放(fang)大(da)(da)(da)器更好的效率同時(shi)保證低(di)失真的高(gao)功率音頻(pin)放(fang)大(da)(da)(da)器。

背景技術：

1、常規上(shang)，高功(gong)率放大(da)器包(bao)括至少一(yi)個(ge)有源(yuan)部件，例(li)如晶體(ti)管或管，使(shi)得(de)可以放大(da)作為(wei)輸入接收的信(xin)號(hao)的功(gong)率，同時保持輸入信(xin)號(hao)的形(xing)狀。

2、高功率(lv)放(fang)(fang)大(da)(da)(da)器(qi)的(de)電(dian)路通(tong)常包括(kuo)前置(zhi)放(fang)(fang)大(da)(da)(da)級(ji)(ji)(ji)，其(qi)后是功率(lv)放(fang)(fang)大(da)(da)(da)級(ji)(ji)(ji)。更(geng)確切(qie)地(di)說，功率(lv)放(fang)(fang)大(da)(da)(da)級(ji)(ji)(ji)的(de)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)被反饋到(dao)前置(zhi)放(fang)(fang)大(da)(da)(da)級(ji)(ji)(ji)，使(shi)得前置(zhi)放(fang)(fang)大(da)(da)(da)級(ji)(ji)(ji)例(li)如(ru)借助于差分對隨時間(jian)檢測輸(shu)(shu)出(chu)(chu)信(xin)號與輸(shu)(shu)入信(xin)號之間(jian)的(de)差。然后，在前置(zhi)放(fang)(fang)大(da)(da)(da)級(ji)(ji)(ji)檢測到(dao)的(de)這個差在功率(lv)放(fang)(fang)大(da)(da)(da)級(ji)(ji)(ji)放(fang)(fang)大(da)(da)(da)，以形(xing)成輸(shu)(shu)出(chu)(chu)信(xin)號，該輸(shu)(shu)出(chu)(chu)信(xin)號常規上被發送到(dao)至少(shao)一個揚聲器(qi)。

3、因此(ci)，以示(shi)例的(de)(de)方式，圖1例示(shi)了(le)輸入信號在(zai)點s1處(chu)施(shi)加的(de)(de)高(gao)功率(lv)放(fang)大(da)器100。高(gao)功率(lv)放(fang)大(da)器100的(de)(de)輸出為(wei)連接(jie)在(zai)點3和地之(zhi)間的(de)(de)揚聲器供電，該揚聲器由(you)電阻器r44表示(shi)。

4、高功率放大(da)器100的(de)(de)圖是對稱(cheng)的(de)(de)；它(ta)還包括放大(da)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)s1的(de)(de)正半波(bo)的(de)(de)上部140a和放大(da)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)s1的(de)(de)負(fu)半波(bo)的(de)(de)下部140b。

5、在圖1的示例中，高功率(lv)放大(da)器100由+/-65v的單(dan)電壓(ya)電平供電。

6、前置放大級(ji)201包括兩(liang)個差分(fen)對110a、110b，每個差分(fen)對包括彼此鏡像組裝的(de)(de)兩(liang)個晶體管q1、q2和(he)q3、q4。因此，晶體管q1、q2的(de)(de)發射極(ji)(ji)經由電阻器r2、r3和(he)第一(yi)恒流源i連接到-65v電源總(zong)線，而(er)晶體管q3、q4的(de)(de)發射極(ji)(ji)經由電阻器r4、r5和(he)相(xiang)同值i的(de)(de)第二電流源連接到+65v電源總(zong)線。

7、晶體(ti)管(guan)q2、q4的(de)(de)集電極分別連接到(dao)+65v和-65v電源總線，而晶體(ti)管(guan)q1、q3的(de)(de)集電極分別經由電阻(zu)器r1、r11連接到(dao)+65v和-65v電源總線。在沒有反饋的(de)(de)情況下，前置放(fang)大(da)級201的(de)(de)增益取決于電阻(zu)器的(de)(de)比r1/r2和r11/r4。

8、晶(jing)(jing)體(ti)管q1和(he)q3的(de)(de)基(ji)(ji)極(ji)(ji)以(yi)及晶(jing)(jing)體(ti)管q2和(he)q4的(de)(de)基(ji)(ji)極(ji)(ji)彼此連(lian)接(jie)。晶(jing)(jing)體(ti)管q1和(he)q3的(de)(de)基(ji)(ji)極(ji)(ji)也由(you)輸入信號(hao)s1供電。晶(jing)(jing)體(ti)管q2和(he)q4的(de)(de)基(ji)(ji)極(ji)(ji)經由(you)電阻(zu)器r18連(lian)接(jie)到揚聲器r44，以(yi)便形成施加到前置放(fang)(fang)大級(ji)(ji)的(de)(de)反(fan)饋。晶(jing)(jing)體(ti)管q1和(he)q3的(de)(de)集(ji)電極(ji)(ji)確保前置放(fang)(fang)大級(ji)(ji)201與功率放(fang)(fang)大級(ji)(ji)202的(de)(de)耦(ou)合。

9、功率放大級202包(bao)括兩(liang)個晶體管(guan)(guan)q8、q9，它(ta)們各自的基(ji)極(ji)經由電(dian)(dian)(dian)阻器r23、r57連接到前置放大級201。電(dian)(dian)(dian)壓(ya)源t1也置于電(dian)(dian)(dian)阻器r23和(he)r57之(zhi)間(jian)，以便偏置ab類的晶體管(guan)(guan)q8、q9。該電(dian)(dian)(dian)壓(ya)源t1使得可以提供等于導通晶體管(guan)(guan)q8和(he)q9所(suo)需的電(dian)(dian)(dian)壓(ya)之(zhi)和(he)的電(dian)(dian)(dian)壓(ya)。

10、晶(jing)體(ti)(ti)管q8、q9還通過它們(men)的(de)集電(dian)極(ji)(ji)分(fen)別(bie)連(lian)接到+65v和-65v電(dian)源總線。晶(jing)體(ti)(ti)管q8、q9的(de)發(fa)射(she)極(ji)(ji)經由電(dian)阻(zu)器r16、r17連(lian)接到揚聲器r44。添(tian)加這些(xie)電(dian)阻(zu)器r16和r17是(shi)為了(le)控制靜態電(dian)流(liu)，也就是(shi)說，當放大(da)(da)器沒(mei)有接收任何輸入信號時，控制由放大(da)(da)器傳導的(de)電(dian)流(liu)值。在沒(mei)有這些(xie)電(dian)阻(zu)器r16、r17的(de)情況下(xia)，靜態電(dian)流(liu)將(jiang)取決于晶(jing)體(ti)(ti)管q8和q9的(de)特性(xing)以及(ji)溫度，這是(shi)禁止(zhi)的(de)。

11、另外(wai)，圖1中的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)在晶體管q2和q4的(de)(de)(de)(de)(de)基極具有特殊性。實際(ji)上(shang)，后者連接(jie)(jie)到(dao)包(bao)括與接(jie)(jie)地的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容器(qi)(qi)c4串聯組(zu)裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻器(qi)(qi)r28的(de)(de)(de)(de)(de)保(bao)護線403。該組(zu)件是分壓(ya)器(qi)(qi)，使得點s2處的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)等(deng)于(yu)(yu)r28/(r18+r28)乘以(yi)ac中的(de)(de)(de)(de)(de)輸出信(xin)號3的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)。實際(ji)上(shang)，當通過電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)交變時，電(dian)(dian)(dian)容器(qi)(qi)c4表(biao)現(xian)得像(xiang)短路(lu)(lu)。另一方面(mian)，當通過電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)是dc時，電(dian)(dian)(dian)容器(qi)(qi)c4表(biao)現(xian)得像(xiang)開路(lu)(lu)。在這種情況下，高(gao)功率放(fang)大器(qi)(qi)100的(de)(de)(de)(de)(de)輸出信(xin)號3直接(jie)(jie)連接(jie)(jie)到(dao)點s2。高(gao)功率放(fang)大器(qi)(qi)100的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)增益于(yu)(yu)是等(deng)于(yu)(yu)1，這使得可(ke)以(yi)限制(zhi)施加在揚聲(sheng)器(qi)(qi)r44的(de)(de)(de)(de)(de)端(duan)子處的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)能不期望的(de)(de)(de)(de)(de)dc分量。

12、在(zai)這種(zhong)類型(xing)的(de)放大器中，在(zai)點(dian)s1處(chu)(chu)相對于(yu)地(di)測量的(de)電壓和在(zai)點(dian)s2處(chu)(chu)相對于(yu)地(di)測量的(de)電壓相等(deng)。換言之，高功率放大器100的(de)增益等(deng)于(yu)電阻器值的(de)比(bi)(r18+r28)/r28。

13、因(yin)此，圖(tu)1例(li)示了高功(gong)率(lv)(lv)電壓(ya)放大器(qi)。還存在另一種類別的高功(gong)率(lv)(lv)電流放大器(qi)，如圖(tu)2所示。

14、這類高(gao)功(gong)率電流放(fang)大(da)器101具有與高(gao)功(gong)率電壓放(fang)大(da)器100相同的拓撲，即耦合到放(fang)大(da)級(ji)203的前置放(fang)大(da)級(ji)201。

15、與圖1的(de)(de)高壓放大(da)器(qi)100不同(tong)，電流測量(liang)電阻器(qi)r6插入在揚聲器(qi)r44和地之間(jian)。此外，電流放大(da)器(qi)101不具有(you)保護(hu)線403。晶(jing)體管(guan)q2和q4的(de)(de)基極連接(jie)到位于電阻器(qi)r6和揚聲器(qi)r44之間(jian)的(de)(de)互(hu)連點p1。

16、在(zai)該配置中，在(zai)圖3中的(de)點(dian)s2處(chu)施加(jia)的(de)電(dian)(dian)流的(de)圖像因此(ci)穿過擴音器(qi)r44。因此(ci)得出，跨導(即通過揚(yang)聲器(qi)r44的(de)輸出電(dian)(dian)流和(he)在(zai)放大器(qi)101的(de)點(dian)s1處(chu)施加(jia)的(de)輸入電(dian)(dian)壓之(zhi)間的(de)比)等于(yu)1/r6?a/v。對于(yu)阻抗為(wei)z的(de)揚(yang)聲器(qi)，電(dian)(dian)壓增(zeng)益為(wei)z/r6。

17、因此(ci)，電壓或(huo)電流放大組件是類似的，特別是關于前置放大級(ji)和功率放大級(ji)。它們僅(jin)在(zai)揚(yang)聲器(qi)連接和反饋(kui)方面不同。

18、在(zai)以下現有技術中，將參考(kao)電壓(ya)放大器(qi)來(lai)描述其他類的(de)放大器(qi)，盡管本(ben)發明不限于這種類型的(de)放大器(qi)。

19、可以使用類系(xi)統來表征不同(tong)的(de)高功率(lv)放大器拓撲。類系(xi)統基(ji)于輸入(ru)信(xin)號(hao)的(de)形狀和輸出信(xin)號(hao)的(de)形狀之間的(de)關系(xi)以及在輸入(ru)信(xin)號(hao)的(de)放大期間使用有源部件的(de)持續時間來分配字母(mu)。

20、在現有的(de)(de)(de)(de)(de)放大器(qi)類(lei)中，a類(lei)放大器(qi)具(ju)(ju)有使得有源部(bu)件在沒有輸入信號的(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況下傳(chuan)導大約為最大輸出(chu)(chu)電(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)50％的(de)(de)(de)(de)(de)大電(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)拓撲。該電(dian)(dian)流(liu)(liu)被稱為靜態電(dian)(dian)流(liu)(liu)。在調制(zhi)中，后者被疊(die)加在輸出(chu)(chu)電(dian)(dian)流(liu)(liu)上。這種類(lei)型的(de)(de)(de)(de)(de)放大器(qi)可(ke)以提供極好的(de)(de)(de)(de)(de)聲音質量，但是其具(ju)(ju)有生(sheng)成顯著散熱的(de)(de)(de)(de)(de)缺點。因此，由有效(xiao)輸出(chu)(chu)功率(lv)(lv)和(he)吸收(shou)功率(lv)(lv)之間的(de)(de)(de)(de)(de)比定義的(de)(de)(de)(de)(de)這類(lei)放大器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)能量效(xiao)率(lv)(lv)大約是10％。

21、b類(lei)(lei)放大(da)器(qi)(qi)的特征在于(yu)使(shi)得有(you)源部(bu)件在正(zheng)弦(xian)輸入信(xin)號(hao)(hao)(hao)作為輸入被施加時在50％的輸入信(xin)號(hao)(hao)(hao)周期(qi)內導通的拓(tuo)撲。對于(yu)這類(lei)(lei)放大(da)器(qi)(qi)，靜態(tai)電流為零。這種類(lei)(lei)型的放大(da)器(qi)(qi)的效率(lv)高于(yu)a類(lei)(lei)放大(da)器(qi)(qi)，但是(shi)輸出信(xin)號(hao)(hao)(hao)的失真特性與a類(lei)(lei)放大(da)器(qi)(qi)相(xiang)比顯著劣化。因(yin)此，b類(lei)(lei)放大(da)器(qi)(qi)產生質量較差的聲音。現在制造商(shang)很(hen)少使(shi)用這類(lei)(lei)放大(da)器(qi)(qi)。

22、ab類放(fang)(fang)大器的(de)(de)(de)特征在于一種拓撲，其(qi)使(shi)得有(you)源部(bu)件在100％的(de)(de)(de)輸(shu)(shu)入信號周期內導通，但(dan)是具有(you)為最大輸(shu)(shu)出電(dian)流(liu)的(de)(de)(de)大約1％的(de)(de)(de)低(di)靜態電(dian)流(liu)。這種類型的(de)(de)(de)放(fang)(fang)大器具有(you)比a類放(fang)(fang)大器更(geng)高的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)量(liang)效率，通常在30％和50％之間，但(dan)是具有(you)更(geng)低(di)的(de)(de)(de)聲音質量(liang)。因此，ab類放(fang)(fang)大器是性能(neng)(neng)(neng)和能(neng)(neng)(neng)量(liang)效率之間的(de)(de)(de)良好折衷。

23、對(dui)于d類(lei)放大器，使用(yong)有源(yuan)部件像開關(guan)一(yi)樣操作的技(ji)術。然(ran)后(hou)通過脈寬調制來轉(zhuan)換(huan)信號(hao)。該(gai)系統將能量效(xiao)率(lv)提高到大約70％。另一(yi)方面(mian)，輸出信號(hao)包含更多的噪(zao)聲(sheng)和失真，并且難以用(yong)這類(lei)放大器再現高頻。

24、g類(lei)放大器具(ju)有幾個電源總線，并且可以根據功率(lv)輸出需(xu)求從(cong)一者切(qie)換到另一者。這使得可以通過減少(shao)有源部件(jian)中耗散的功率(lv)來提高能量效率(lv)。

25、h類放大器使用電(dian)(dian)(dian)源總(zong)(zong)線(xian)，其(qi)電(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)壓(ya)“跟(gen)隨”輸入(ru)(ru)信號或由輸入(ru)(ru)信號調制。通常(chang)(chang)，它們具有兩(liang)個電(dian)(dian)(dian)源總(zong)(zong)線(xian)，如g類的(de)電(dian)(dian)(dian)源總(zong)(zong)線(xian)，但是僅(jin)調制最高(gao)電(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)壓(ya)。調制的(de)電(dian)(dian)(dian)源通常(chang)(chang)使用d類放大器來實現。

26、本(ben)發明的主題特別(bie)涉及這最后兩(liang)類(lei)放大器(qi)。

27、圖3例示了功率放(fang)大(da)級204的(de)(de)上部(bu)。后者(zhe)連(lian)接到電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)電(dian)(dian)路(lu)150。當然，該功率放(fang)大(da)級還包括未示出的(de)(de)下部(bu)，其(qi)利用等同(tong)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)電(dian)(dian)路(lu)與上部(bu)鏡像。同(tong)樣，電(dian)(dian)路(lu)還包括前置(zhi)放(fang)大(da)級，例如(ru)連(lian)接到獨(du)立電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)或也連(lian)接到電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)電(dian)(dian)路(lu)150的(de)(de)強電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)總線。

28、電源(yuan)(yuan)電路(lu)150使(shi)(shi)(shi)得可以選擇適應放(fang)(fang)大功率需求(qiu)的(de)功率放(fang)(fang)大級204的(de)功率電平。因此(ci)，當放(fang)(fang)大電壓大于閾值時，必須(xu)使(shi)(shi)(shi)用(yong)第(di)一強電源(yuan)(yuan)總線，而當放(fang)(fang)大電壓低于該閾值時，可以使(shi)(shi)(shi)用(yong)第(di)二弱(ruo)電源(yuan)(yuan)總線。與a、b和ab類放(fang)(fang)大器相比(bi)，較低電源(yuan)(yuan)總線使(shi)(shi)(shi)用(yong)階段提高了放(fang)(fang)大器的(de)整體效率。

29、此外，電源電路150具(ju)有獨(du)立(li)于(yu)(yu)前置(zhi)放(fang)(fang)大級(ji)(ji)201和功率放(fang)(fang)大級(ji)(ji)204的(de)結(jie)構。在圖3的(de)示例中，功率放(fang)(fang)大級(ji)(ji)204包(bao)括晶(jing)(jing)體管(guan)q10，其基極連接到晶(jing)(jing)體管(guan)q8的(de)發射極。這種所謂的(de)“達林頓”配置(zhi)使(shi)得可以增加電流(liu)增益。晶(jing)(jing)體管(guan)q8和q10的(de)發射極通過它(ta)們(men)各(ge)自(zi)的(de)電阻器r16和r19耦合到揚聲器r44。它(ta)們(men)具(ju)有例如對于(yu)(yu)晶(jing)(jing)體管(guan)q8等于(yu)(yu)6ma并且對于(yu)(yu)晶(jing)(jing)體管(guan)q10等于(yu)(yu)75ma的(de)相應靜態電流(liu)。

30、功(gong)率放(fang)大級(ji)204在晶體管q8和q10的集(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)極處連接到電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)150。該電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)150連接到具有不同電(dian)(dian)(dian)(dian)平v+、v++的兩條電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)總線(xian)。因此，電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)150使得可以根(gen)據放(fang)大需(xu)求來選擇這些電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)平中的一(yi)者(zhe)或另(ling)一(yi)者(zhe)。通常(chang)(chang)，第一(yi)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)總線(xian)遞送65v，第二電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)總線(xian)遞送35v。第二電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)總線(xian)旨在用于在要生成的輸出信(xin)號不具有非常(chang)(chang)高(gao)的電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(通常(chang)(chang)小于32v)時向功(gong)率放(fang)大級(ji)204供電(dian)(dian)(dian)(dian)。

31、由于通(tong)過晶體管q8的(de)(de)(de)電(dian)流相(xiang)對較低(di)，通(tong)常小(xiao)于通(tong)過晶體管q10的(de)(de)(de)電(dian)流的(de)(de)(de)10％，晶體管q8的(de)(de)(de)集電(dian)極可(ke)以直接連接至第一電(dian)源(yuan)總線v++，而(er)不(bu)會導致顯著(zhu)的(de)(de)(de)額外功耗。該實施例(li)可(ke)以提高放(fang)大(da)器的(de)(de)(de)穩定(ding)性(xing)，該放(fang)大(da)器作為電(dian)流放(fang)大(da)器的(de)(de)(de)操作容易受到破壞。

32、為了選擇適(shi)當的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓電(dian)(dian)平，mosfet晶(jing)(jing)體(ti)(ti)管m1通過(guo)其(qi)漏極(ji)直接連(lian)接到第(di)一電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)總(zong)線(xian)v++且通過(guo)其(qi)源(yuan)(yuan)極(ji)經由第(di)四二(er)(er)(er)極(ji)管d3連(lian)接到第(di)二(er)(er)(er)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)總(zong)線(xian)v+。mosfet晶(jing)(jing)體(ti)(ti)管m1通常(chang)針對27v的(de)(de)(de)(de)(de)閾(yu)(yu)值(zhi)切換，然后(hou)其(qi)在(zai)超(chao)過(guo)該(gai)閾(yu)(yu)值(zhi)時線(xian)性操作。當在(zai)mosfet晶(jing)(jing)體(ti)(ti)管m1上施加大于閾(yu)(yu)值(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)制電(dian)(dian)壓時，mosfet晶(jing)(jing)體(ti)(ti)管m1使第(di)一電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)總(zong)線(xian)v++導通。該(gai)電(dian)(dian)壓由連(lian)接在(zai)mosfet晶(jing)(jing)體(ti)(ti)管m1的(de)(de)(de)(de)(de)柵(zha)極(ji)和揚聲器r44之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)第(di)一二(er)(er)(er)極(ji)管d8、d10、以及連(lian)接在(zai)mosfet晶(jing)(jing)體(ti)(ti)管m1的(de)(de)(de)(de)(de)漏極(ji)和柵(zha)極(ji)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)第(di)二(er)(er)(er)電(dian)(dian)阻器r8、r27的(de)(de)(de)(de)(de)關聯來控(kong)制。

33、二(er)極管(guan)d15連(lian)接(jie)在晶體管(guan)q10的(de)集(ji)(ji)電(dian)(dian)極和揚(yang)聲器r44之(zhi)間，二(er)極管(guan)的(de)陰極連(lian)接(jie)到晶體管(guan)q10的(de)集(ji)(ji)電(dian)(dian)極。

34、圖4中(zhong)例示了利(li)用(yong)該組(zu)件(jian)獲得的不同信號。

35、因此，圖(tu)(tu)3和(he)(he)(he)圖(tu)(tu)4中(zhong)編(bian)號(hao)(hao)(hao)為(wei)1的(de)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)表示(shi)mosfet晶(jing)體管m1的(de)柵極信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)。圖(tu)(tu)3和(he)(he)(he)圖(tu)(tu)4中(zhong)編(bian)號(hao)(hao)(hao)為(wei)3的(de)輸(shu)出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)表示(shi)放(fang)(fang)大器的(de)輸(shu)出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)，也(ye)就是(shi)說揚聲器r44的(de)端子處的(de)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)。圖(tu)(tu)3和(he)(he)(he)圖(tu)(tu)4中(zhong)編(bian)號(hao)(hao)(hao)為(wei)2的(de)輸(shu)出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)表示(shi)電源電路150的(de)輸(shu)出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)。因此我們(men)注意到輸(shu)出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)3是(shi)失真的(de)。實際上，正弦曲(qu)線(xian)的(de)波峰變平，并(bing)且(qie)在27μs附近發生移位(wei)。輸(shu)出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)3的(de)這(zhe)種飽和(he)(he)(he)通過mosfet晶(jing)體管m1的(de)電源電壓不足以使放(fang)(fang)大器能夠正確(que)地遞送輸(shu)出(chu)(chu)電壓的(de)事實來解釋。

36、同樣，信(xin)號2在40和47μs之間(jian)具有對應于(yu)mosfet晶(jing)體管(guan)m1柵極處(chu)的過(guo)電(dian)壓的異常電(dian)壓峰值。這導致功率損失和放大器(qi)效率的劣(lie)化。

37、因(yin)此(ci)，本發明提出(chu)解決的(de)技術(shu)問題是(shi)獲得(de)一種(zhong)高功率音頻放大(da)器，其使得(de)可(ke)以(yi)限制在信號上識別的(de)失真(zhen)，并且因(yin)此(ci)提高效率并降低放大(da)器的(de)飽和。

技術實現思路

1、為了解決(jue)這個問(wen)題(ti)，本發明提(ti)出了一種(zhong)電(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)路(lu)，包括mosfet晶體管，其(qi)由用(yong)于輔(fu)(fu)助充電(dian)(dian)(dian)的(de)子電(dian)(dian)(dian)路(lu)、用(yong)于輔(fu)(fu)助放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)的(de)子電(dian)(dian)(dian)路(lu)和(he)電(dian)(dian)(dian)壓移位子電(dian)(dian)(dian)路(lu)控制，從而(er)使得可(ke)以在(zai)限制放(fang)(fang)大器(qi)輸出信號的(de)飽和(he)和(he)失真的(de)同時獲得放(fang)(fang)大器(qi)的(de)更好(hao)的(de)效率。

2、換言之，本發明涉及(ji)一種旨(zhi)在控(kong)制(zhi)至(zhi)少一個(ge)揚聲器的高功(gong)率音頻放(fang)大器，所述放(fang)大器包括：

3、-前置放(fang)大級，其接收輸入信(xin)號；

4、-功(gong)率放大(da)(da)級，其連接(jie)到(dao)前置放大(da)(da)級，并且提供(gong)旨(zhi)在(zai)為所述至少一個揚(yang)聲器供(gong)電的輸(shu)出信號；前置放大(da)(da)級和(he)功(gong)率放大(da)(da)級具(ju)有鏡像安裝的上部和(he)下部；

5、-反(fan)饋，其向(xiang)前置(zhi)放大級提供(gong)輸出(chu)信號(hao)的圖像；

6、-上(shang)(shang)電源電路，其連接(jie)到功率放大級的上(shang)(shang)部，并允許其由第(di)一或第(di)二電源總線供電；

7、-下電(dian)(dian)源電(dian)(dian)路，其(qi)連接到(dao)功率放大級(ji)的下部，并允許其(qi)由第一(yi)或第二(er)電(dian)(dian)源總線供電(dian)(dian)；

8、-各個電(dian)源(yuan)(yuan)電(dian)路(lu)包(bao)括(kuo)mosfet晶體(ti)管(guan)和(he)監(jian)測裝(zhuang)置(zhi)，mosfet晶體(ti)管(guan)由監(jian)測裝(zhuang)置(zhi)控制(zhi)，以便在兩(liang)條(tiao)電(dian)源(yuan)(yuan)總線(xian)中的一者或另一者之間(jian)進行(xing)切換，mosfet晶體(ti)管(guan)經(jing)由第四二極(ji)管(guan)連接(jie)到第二電(dian)源(yuan)(yuan)總線(xian)，第四二極(ji)管(guan)的第一端子連接(jie)到mosfet晶體(ti)管(guan)的源(yuan)(yuan)極(ji)，并且mosfet晶體(ti)管(guan)的漏極(ji)連接(jie)到第一電(dian)源(yuan)(yuan)總線(xian)。

9、本發明的特征在于，各(ge)個電源電路還包括(kuo)：

10、-子(zi)電路，其(qi)用于輔助對所述mosfet晶體管充(chong)電，包括至少第一電阻(zu)器(qi)(qi)，第一電阻(zu)器(qi)(qi)的第一端(duan)(duan)子(zi)連接(jie)到(dao)(dao)mosfet晶體管的柵極(ji)，并且第一電阻(zu)器(qi)(qi)的第二(er)端(duan)(duan)子(zi)連接(jie)到(dao)(dao)互連點；

11、-子(zi)電(dian)路，其(qi)用于輔助(zhu)對(dui)所述(shu)mosfet晶(jing)體(ti)(ti)管(guan)放電(dian)，包括至少第(di)(di)(di)二電(dian)阻(zu)器(qi)(qi)和第(di)(di)(di)三(san)(san)(san)電(dian)阻(zu)器(qi)(qi)以及雙極(ji)(ji)(ji)(ji)晶(jing)體(ti)(ti)管(guan)；雙極(ji)(ji)(ji)(ji)晶(jing)體(ti)(ti)管(guan)的(de)基極(ji)(ji)(ji)(ji)連接到(dao)(dao)第(di)(di)(di)三(san)(san)(san)電(dian)阻(zu)器(qi)(qi)的(de)第(di)(di)(di)一端子(zi)，其(qi)發射極(ji)(ji)(ji)(ji)連接到(dao)(dao)mosfet晶(jing)體(ti)(ti)管(guan)的(de)柵極(ji)(ji)(ji)(ji)，并(bing)且其(qi)集電(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)經(jing)由第(di)(di)(di)二電(dian)阻(zu)器(qi)(qi)連接到(dao)(dao)mosfet晶(jing)體(ti)(ti)管(guan)的(de)源極(ji)(ji)(ji)(ji)，第(di)(di)(di)三(san)(san)(san)電(dian)阻(zu)器(qi)(qi)的(de)第(di)(di)(di)二端子(zi)連接到(dao)(dao)互連點；以及

12、-電(dian)(dian)壓(ya)移位子(zi)電(dian)(dian)路(lu)，其包(bao)括(kuo)與第(di)(di)(di)一(yi)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)并聯安裝的(de)第(di)(di)(di)一(yi)二(er)(er)極管；第(di)(di)(di)一(yi)二(er)(er)極管的(de)第(di)(di)(di)一(yi)端子(zi)和(he)第(di)(di)(di)一(yi)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)的(de)第(di)(di)(di)一(yi)端子(zi)連(lian)接到(dao)(dao)第(di)(di)(di)一(yi)互連(lian)節點(dian)；第(di)(di)(di)一(yi)二(er)(er)極管的(de)第(di)(di)(di)二(er)(er)端子(zi)和(he)第(di)(di)(di)一(yi)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)的(de)第(di)(di)(di)二(er)(er)端子(zi)連(lian)接到(dao)(dao)第(di)(di)(di)二(er)(er)互連(lian)節點(dian)。

13、特別(bie)地(di)，用(yong)于輔助充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)允許mosfet晶體(ti)(ti)管(guan)(guan)更快地(di)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。實際上，該子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)首先(xian)包括第(di)一(yi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻器，其優選地(di)具(ju)有高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻值，以(yi)便不(bu)與(yu)放(fang)大(da)器的輸出交換太多(duo)能(neng)量并且生成更多(duo)失真，即大(da)約15kω。該第(di)一(yi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻器僅允許低電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流流動以(yi)對mosfet晶體(ti)(ti)管(guan)(guan)的柵極充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)或(huo)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。柵極表現得像電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容器，然而，mosfet晶體(ti)(ti)管(guan)(guan)與(yu)第(di)一(yi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻器的組合增加了充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)和放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時間的持續時間。

14、輔助放(fang)電的子電路允許mosfet晶體(ti)管(guan)更快地放(fang)電。雙極晶體(ti)管(guan)使得當正弦輸入信號處于其下降階(jie)段時特別可以對mosfet晶體(ti)管(guan)的柵(zha)極進(jin)行(xing)放(fang)電。

15、電(dian)(dian)(dian)壓(ya)移位(wei)子(zi)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)確保mosfet晶(jing)體管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)柵極電(dian)(dian)(dian)勢(shi)總是高于(yu)放大(da)器輸(shu)出的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)勢(shi)。典型地(di)，mosfet晶(jing)體管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)柵極電(dian)(dian)(dian)勢(shi)可以比放大(da)器輸(shu)出的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)勢(shi)高15v。電(dian)(dian)(dian)壓(ya)移位(wei)子(zi)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)還補償mosfet晶(jing)體管(guan)(guan)(guan)中(zhong)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)降。

16、根據第二(er)實施(shi)例(li)，電(dian)壓(ya)移(yi)位(wei)子(zi)電(dian)路(lu)還包括并聯安(an)裝(zhuang)的(de)至少(shao)第四(si)(si)電(dian)阻(zu)器(qi)(qi)和(he)第二(er)二(er)極(ji)管(guan)。第二(er)二(er)極(ji)管(guan)的(de)第一端子(zi)和(he)第四(si)(si)電(dian)阻(zu)器(qi)(qi)的(de)端子(zi)連接到第一互連節(jie)點，第四(si)(si)電(dian)阻(zu)器(qi)(qi)的(de)第二(er)端子(zi)和(he)第二(er)二(er)極(ji)管(guan)的(de)第二(er)端子(zi)連接到第三互連節(jie)點。

17、這些(xie)部件(jian)的(de)添加使得可以減(jian)少在放大(da)器輸出信號上觀察(cha)到的(de)失(shi)(shi)真。如果正弦輸入(ru)信號具(ju)有相(xiang)對低(di)的(de)頻率，即大(da)約1khz，則這種失(shi)(shi)真的(de)改(gai)善對于正弦輸入(ru)信號是有效(xiao)的(de)。

18、有利地(di)，根據第三(san)實施(shi)例，用于輔助充(chong)電(dian)(dian)的(de)子電(dian)(dian)路還包(bao)括(kuo)與第三(san)二(er)極管串聯安(an)裝的(de)第五(wu)電(dian)(dian)阻(zu)器，第五(wu)電(dian)(dian)阻(zu)器和第三(san)二(er)極管與包(bao)括(kuo)第一(yi)電(dian)(dian)阻(zu)器的(de)用于輔助充(chong)電(dian)(dian)的(de)子電(dian)(dian)路的(de)支路并聯安(an)裝。

19、與第一電(dian)阻(zu)(zu)器并聯安裝的(de)第三二極(ji)管(guan)(guan)允許旨在對(dui)mosfet晶體管(guan)(guan)的(de)柵極(ji)充電(dian)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)動，并阻(zu)(zu)斷旨在對(dui)mosfet晶體管(guan)(guan)的(de)柵極(ji)放(fang)電(dian)的(de)電(dian)流(liu)。第五電(dian)阻(zu)(zu)器優選地具(ju)有低值，即大約300ω。由于充電(dian)時間(jian)常數(shu)等于電(dian)阻(zu)(zu)和電(dian)容的(de)乘積，該第五電(dian)阻(zu)(zu)器使得可(ke)以更快地對(dui)mosfet晶體管(guan)(guan)的(de)柵極(ji)充電(dian)。

20、在(zai)此添加(jia)這些部件再次(ci)使(shi)得可以改(gai)善(shan)高(gao)達(da)20khz頻(pin)(pin)率的(de)正弦輸(shu)入信(xin)號的(de)失真。因此，在(zai)整(zheng)個頻(pin)(pin)譜上改(gai)善(shan)了(le)失真。因此，改(gai)善(shan)了(le)連接(jie)到本發明的(de)放大(da)器(qi)的(de)揚(yang)聲器(qi)的(de)聲音再現。與現有技(ji)術的(de)放大(da)器(qi)相比(bi)，收聽者感知到較少(shao)的(de)失真。

21、根據(ju)第四實施例(li)，電壓移位子電路還包(bao)括第二電容(rong)(rong)器和第三(san)電容(rong)(rong)器，第二電容(rong)(rong)器與(yu)第一電容(rong)(rong)器和第一二極管并(bing)(bing)聯(lian)安(an)裝，并(bing)(bing)且第三(san)電容(rong)(rong)器與(yu)第三(san)二極管和第五電阻器并(bing)(bing)聯(lian)安(an)裝。這些額外的部件(jian)使(shi)得可以(yi)限制干擾，即疊加在期望的輸出(chu)信號(hao)(hao)上的干擾信號(hao)(hao)。

22、實(shi)際上(shang)，各個電(dian)源(yuan)電(dian)路包括(kuo)第(di)(di)一保(bao)護二(er)(er)極(ji)(ji)管，其(qi)(qi)第(di)(di)一端(duan)子連(lian)接到(dao)mosfet晶體(ti)管的源(yuan)極(ji)(ji)，其(qi)(qi)第(di)(di)二(er)(er)端(duan)子連(lian)接到(dao)mosfet晶體(ti)管的柵極(ji)(ji)。同樣，各個電(dian)源(yuan)電(dian)路還包括(kuo)連(lian)接在mosfet晶體(ti)管的源(yuan)極(ji)(ji)和漏極(ji)(ji)之間(jian)的第(di)(di)二(er)(er)保(bao)護二(er)(er)極(ji)(ji)管。

23、添加第一保護(hu)(hu)二(er)極(ji)管，以(yi)便保護(hu)(hu)mosfet晶(jing)體(ti)管免受(shou)其柵極(ji)上(shang)的過電壓，該過電壓可(ke)能通(tong)過破(po)壞(huai)柵極(ji)和溝道之間的絕(jue)(jue)緣來損壞(huai)mosfet晶(jing)體(ti)管或者甚至使(shi)其不可(ke)用(yong)，該絕(jue)(jue)緣僅能夠連續地承受(shou)+/-20v以(yi)及瞬時(shi)承受(shou)+/-30v。

24、第二(er)(er)(er)保護(hu)二(er)(er)(er)極管(guan)的(de)作用是(shi)保護(hu)mosfet晶體(ti)管(guan)免受反向漏-源(yuan)電(dian)壓的(de)影響，如果第一電(dian)源(yuan)總(zong)線(xian)(xian)的(de)電(dian)壓僅在第二(er)(er)(er)電(dian)源(yuan)總(zong)線(xian)(xian)的(de)電(dian)壓之(zhi)后出(chu)現，則可能出(chu)現反向漏-源(yuan)電(dian)壓。不同的(de)電(dian)源(yuan)總(zong)線(xian)(xian)分別具有它們自己的(de)變(bian)壓器繞(rao)組和平(ping)滑電(dian)容器，因此具有不同的(de)時間常數(shu)。

25、根據第五(wu)實施例，各個電源電路還包(bao)括與(yu)第四二極管并聯安裝(zhuang)的(de)電容(rong)器。該(gai)電容(rong)器使(shi)得可以消(xiao)除當mosfet晶體(ti)管切(qie)換(huan)時由二極管生(sheng)成的(de)干擾峰值，該(gai)二極管的(de)第一端子連接到mosfet晶體(ti)管的(de)源極。諧(xie)(xie)波(bo)(bo)失真(thd)也得到改善。這種諧(xie)(xie)波(bo)(bo)失真是所(suo)執行的(de)處理的(de)線性的(de)度量。其通過將設備的(de)輸(shu)出(chu)信號(hao)與(yu)完美正弦(xian)輸(shu)入信號(hao)進行比較(jiao)來計算。

26、實際上，前置(zhi)放大級經由用于(yu)阻(zu)尼所述第一電(dian)源總線的(de)(de)(de)(de)功(gong)率變化的(de)(de)(de)(de)電(dian)路(lu)連接到(dao)各個(ge)電(dian)源電(dian)路(lu)的(de)(de)(de)(de)第一電(dian)源總線，所述功(gong)率變化阻(zu)尼電(dian)路(lu)包括(kuo)作為(wei)低通濾(lv)波器(qi)(qi)安裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)至(zhi)少(shao)(shao)一個(ge)電(dian)容器(qi)(qi)和(he)至(zhi)少(shao)(shao)一個(ge)電(dian)阻(zu)器(qi)(qi)。換言之，電(dian)阻(zu)器(qi)(qi)與電(dian)容器(qi)(qi)串聯連接，電(dian)容器(qi)(qi)接地。

27、這種組件(jian)使得可以隔離噪聲(sheng)和(he)電壓(ya)驟降(jiang)。這種現象特別(bie)發生在高(gao)壓(ya)放大器(qi)(qi)遞(di)送高(gao)電流時。電容器(qi)(qi)則起(qi)到能量貯(zhu)存器(qi)(qi)的作用。

28、有利地，所述功率(lv)變化(hua)阻尼電(dian)(dian)路還包括與至少一個電(dian)(dian)容器(qi)并(bing)聯安裝(zhuang)(zhuang)的(de)額外電(dian)(dian)容器(qi)。并(bing)聯安裝(zhuang)(zhuang)的(de)電(dian)(dian)容器(qi)具有更適(shi)中(zhong)的(de)值，通(tong)常低103倍(bei)。它(ta)使得能夠抑制高頻(pin)干擾。

29、根據本發(fa)明的(de)(de)具體實施(shi)(shi)例，施(shi)(shi)加(jia)到(dao)前(qian)置放(fang)大(da)(da)(da)級的(de)(de)反饋提供(gong)與通(tong)過揚聲器(qi)的(de)(de)電流(liu)成比例的(de)(de)信(xin)號。該實施(shi)(shi)例使得(de)可以獲得(de)高功(gong)率(lv)(lv)(lv)電流(liu)放(fang)大(da)(da)(da)器(qi)。如參考(kao)現有(you)技術的(de)(de)圖2所述，這類高功(gong)率(lv)(lv)(lv)電流(liu)放(fang)大(da)(da)(da)器(qi)具有(you)與高功(gong)率(lv)(lv)(lv)電壓放(fang)大(da)(da)(da)器(qi)相同的(de)(de)拓撲，即耦合到(dao)放(fang)大(da)(da)(da)級的(de)(de)前(qian)置放(fang)大(da)(da)(da)級。然而，施(shi)(shi)加(jia)到(dao)前(qian)置放(fang)大(da)(da)(da)級的(de)(de)反饋不(bu)同。

30、通過將本發明的電(dian)源電(dian)路用于大功(gong)率電(dian)流放大器(qi)(qi)，大功(gong)率電(dian)流放大器(qi)(qi)的功(gong)耗非常有限。

31、實際(ji)上，當放(fang)大(da)器(qi)遞送(song)低電(dian)(dian)(dian)壓時，本發明的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)電(dian)(dian)(dian)路將(jiang)不(bu)工作。因此(ci)，由電(dian)(dian)(dian)源(yuan)提供(gong)的(de)(de)(de)(de)功率將(jiang)等于輸出電(dian)(dian)(dian)流乘以由較(jiao)低功率電(dian)(dian)(dian)源(yuan)總(zong)線遞送(song)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓的(de)(de)(de)(de)乘積，而不(bu)是由用于標(biao)準(zhun)ab類放(fang)大(da)器(qi)的(de)(de)(de)(de)單個電(dian)(dian)(dian)源(yuan)總(zong)線遞送(song)的(de)(de)(de)(de)最(zui)大(da)電(dian)(dian)(dian)壓。在(zai)相等的(de)(de)(de)(de)功率下，并且假定例如由較(jiao)低功率電(dian)(dian)(dian)源(yuan)總(zong)線遞送(song)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓等于較(jiao)高功率電(dian)(dian)(dian)源(yuan)總(zong)線的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓的(de)(de)(de)(de)一半(ban)，則電(dian)(dian)(dian)源(yuan)將(jiang)提供(gong)只有一半(ban)的(de)(de)(de)(de)功率。耗散由電(dian)(dian)(dian)源(yuan)提供(gong)的(de)(de)(de)(de)功率和(he)提供(gong)給揚聲(sheng)器(qi)的(de)(de)(de)(de)功率之間的(de)(de)(de)(de)差的(de)(de)(de)(de)晶體管將(jiang)顯(xian)著更少(shao)地(di)發熱。