專(zhuān)利名稱(chēng)：平衡放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平衡放大器，尤其涉及一種具有多反饋環(huán)的平衡放大器。
背景技術(shù)：
自從20世紀(jì)60年代以來(lái)，基于半導(dǎo)體的音頻功率放大器已經(jīng)占據(jù)了音響市場(chǎng)。在音頻信號(hào)放大中使用半導(dǎo)體元件的優(yōu)勢(shì)包括體積小、高效率及高輸出功率。然而，半導(dǎo)體音頻放大器的聲音質(zhì)量卻有別于真空管音頻放大器，并且許多音響愛(ài)好者更喜歡真空管放大器的聲音，因而選擇真空管音頻放大器。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，真空管音頻系統(tǒng)已漸漸再次回到市場(chǎng)，在高端音響市場(chǎng)中更分享了良好的市場(chǎng)占有率。
在高端音頻應(yīng)用中，平衡技術(shù)經(jīng)常應(yīng)用在半導(dǎo)體放大器，如大功率放大器和前置放大器。使用平衡技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能消除共模噪聲和失真。結(jié)果是與不使用任何平衡技術(shù)的放大器相比，會(huì)有更低的噪聲和失真率。然而，在真空管平衡放大器上卻只有非常短的發(fā)展歷史。單端輸入一直是真空管音頻放大器的主流設(shè)計(jì)。
目前，在真空管功率放大器設(shè)計(jì)中已經(jīng)存在一種平衡技術(shù)。在這類(lèi)平衡真空管功率放大器之結(jié)構(gòu)上，該平衡技術(shù)能解釋為具有三個(gè)單獨(dú)放大級(jí)，即輸入級(jí)(也稱(chēng)為“第一級(jí)”)，第二級(jí)(也稱(chēng)為“驅(qū)動(dòng)級(jí)”)以及輸出功率級(jí)(也稱(chēng)為“第三級(jí)”)。在該技術(shù)中，一對(duì)反饋環(huán)從輸出功率級(jí)連接到輸入級(jí)。
例如，圖7和8所示的是使用一對(duì)反饋通路的常規(guī)平衡放大器的原理框圖和電路圖。而圖9和10則為利用圖7和8的放大器而組成的推挽式(push-pull)平衡真空管功率放大器之原理框圖和電路圖。
從圖9和10，可以容易地看出在輸出級(jí)和輸入級(jí)之間連接一對(duì)反饋環(huán)。由反饋環(huán)供應(yīng)的反饋將功率放大器的性能提高，如較低的輸出阻抗，較寬的帶寬和較低的失真。然而，眾所周知，如果應(yīng)用了太多的反饋，就會(huì)使放大器不穩(wěn)定。
從反饋原理所公知的特性，反饋可以減少失真和降低輸出阻抗，并增加整個(gè)功率放大器的帶寬。盡管這些都是反饋所提供的優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)用太多反饋卻會(huì)導(dǎo)致放大器產(chǎn)生不穩(wěn)定，而應(yīng)用太少反饋又不能得到預(yù)期的效果。因此，設(shè)計(jì)者通過(guò)使用單對(duì)反饋環(huán)通常很難把整個(gè)放大器性能推至最理想的水平。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種平衡放大器，可以減輕前述缺點(diǎn)或者至少提供一種有用的替換方案。尤其，本發(fā)明提供了一種新的平衡放大器技術(shù)，能提高真空管功率放大器的性能。
本發(fā)明提供一種包含至少兩級(jí)的平衡放大器，其中的輸入級(jí)適于將放大后的信號(hào)輸給第二級(jí)，其中所述輸入級(jí)為包括一適于接收平衡輸入信號(hào)并設(shè)有兩對(duì)反饋環(huán)而組成的第一組差動(dòng)放大器，其中至少一對(duì)反饋環(huán)適于接收所述第二級(jí)的輸出信號(hào)，以及其中所述第二級(jí)包括一適于放大所述輸入級(jí)的輸出信號(hào)的第二組差動(dòng)放大器，并適于保持所述平衡信號(hào)。


現(xiàn)在將僅通過(guò)舉例的方式參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的放大器，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的真空管平衡放大器的原理框圖；圖2A是圖1所示的真空管平衡放大器的詳細(xì)電路圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的真空管平衡放大器的詳細(xì)電路圖，其是圖2A所示的簡(jiǎn)化圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的推挽結(jié)構(gòu)中的平衡音頻功率放大器的原理框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的平衡放大器的原理框圖；圖5A是圖3所示的真空管平衡功率放大器的詳細(xì)電路圖；圖5B是根據(jù)圖3的真空管平衡放大器的詳細(xì)電路圖，如根據(jù)圖2B相同的原理進(jìn)行簡(jiǎn)化；圖6A是圖4所示的真空管平衡功率放大器的詳細(xì)電路圖；圖6B是根據(jù)圖4的真空管平衡放大器的詳細(xì)電路圖，如根據(jù)圖2B相同的原理進(jìn)行簡(jiǎn)化；圖7是使用一對(duì)反饋路徑的傳統(tǒng)平衡放大器的原理圖；圖8是圖7所示的傳統(tǒng)平衡放大器的詳細(xì)電路圖；圖9是傳統(tǒng)推挽結(jié)構(gòu)中的平衡音頻功率放大器的原理框圖，其使用了第一兩級(jí)傳統(tǒng)平衡放大器技術(shù)；以及圖10是圖9所示的傳統(tǒng)的平衡放大器的詳細(xì)電路圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的真空管平衡放大器原理框圖，以及圖2示出了詳細(xì)電路圖。
如圖1所示，第一級(jí)是一種特殊類(lèi)型的差動(dòng)放大器，包括放大設(shè)備7和8，電阻器1、2、3和4以及電流源11。該第一級(jí)接收平衡輸入信號(hào)(+INPUT&-INPUT)并提供兩對(duì)反饋接口以便將隨后的放大級(jí)之輸出信號(hào)作為反饋給第一級(jí)用。
第二級(jí)又是另一種類(lèi)型的特殊差動(dòng)放大器，包括放大設(shè)備9和10、電阻器5和6以及電流源12。該第二級(jí)放大來(lái)自第一級(jí)的平衡信號(hào)，并保持該平衡信號(hào)再輸送至隨后的放大級(jí)或輸出功率級(jí)。
進(jìn)一步的細(xì)節(jié)如圖2A所示。平衡放大器包括四對(duì)雙真空管36和37、38和39、49和50以及51和52。這些可以是任何通用的小信號(hào)真空管，例如12AT7、12AU7、12AX7、6DJ8、6SN7以及6SL7等等。
輸入級(jí)是由真空管36和37，以及38和39形成的特殊差動(dòng)放大器。電阻器34和35是用于減少信號(hào)增益同時(shí)增加該級(jí)線(xiàn)性的局部反饋電阻器。它們也減少直流偏壓中的真空管38和39的失配。真空管36和37的陰極分別連接到真空管38和39的陽(yáng)極(anode；又名屏極，plate)。恒流源40，其連接到負(fù)直流電源電壓VS2，用于設(shè)定輸入級(jí)的總直流偏壓電流。恒流源40能易于通過(guò)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)，雙極結(jié)式晶體管(BJT)或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，再加上互補(bǔ)元件齊納二極管和電阻器而實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)際情況下，電流源可以由單電阻器代替。電阻器30、31、32和33形成分壓器，連接于正直流電源VS1和地之間，其分別設(shè)定真空管36和37的柵極(grid)的正確的直流偏壓。輸入級(jí)的輸出通過(guò)連接于真空管36和37的陽(yáng)極和正直流電源VS3之間的電阻器43和44直接連接到第二級(jí)，而電阻器43和44與第二級(jí)的真空管51和52的柵極連接。
第二級(jí)是另一差動(dòng)放大器，其由真空管49和50，以及51和52形成。這差動(dòng)放大器具有較低輸出阻抗從而驅(qū)動(dòng)功率放大器的輸出功率級(jí)。第二恒流源53用于設(shè)定第二級(jí)的直流偏壓電流。
真空管51和52通過(guò)它們各自的陰極之間的電阻器46和47彼此連接，而第二恒流源53從電阻器46和47接地或負(fù)直流電源。真空管49和50的陰極通過(guò)電阻器45和48分別連接到真空管51和52的陽(yáng)極，而真空管49和50的柵極也連接到真空管51和52的陽(yáng)極。正直流電源VS3施加于真空管49和50的陽(yáng)極上，而此平衡放大器的整個(gè)輸出是通過(guò)第二級(jí)的真空管49和50的陰極。
在圖1和2A中可以很容易地看出，在輸入級(jí)中形成了兩個(gè)反饋對(duì)。當(dāng)輸出功率級(jí)連接到該平衡放大器以形成一完整的平衡音頻功率放大器時(shí)，存在連接反饋環(huán)對(duì)的兩種可行方式。
圖2B所示的平衡放大器是圖2A中所示的簡(jiǎn)化方案。圖2B中的配置省卻了一對(duì)真空管49和50?？墒?，圖2B所示的平衡放大器具有與圖2A類(lèi)似的特性，提供兩對(duì)反饋接口。僅有的主要差別是圖2B中電路的驅(qū)動(dòng)能力小于圖2A中的。在大多數(shù)應(yīng)用中，這不是關(guān)鍵的。
如圖2B所示，真空管56和57通過(guò)它們各自陰極間的電阻器54和55彼此連接，而恒流源58從電阻器54和55的結(jié)點(diǎn)接地或負(fù)直流電源。正直流電源VS3通過(guò)負(fù)載電阻59和60施加到真空管56和57的陽(yáng)極上。
圖3和4是原理框圖，示出了兩個(gè)音頻功率放大器如何使用具有兩個(gè)不同反饋連接的平衡放大器電路。圖5A和6A分別示出了根據(jù)圖3和4里的原理框圖所代表的兩個(gè)完整平衡音頻功率放大器。
圖3示出了使用圖1的平衡放大器以及附加輸出功率級(jí)的平衡音頻功率放大器。輸出功率級(jí)由第二級(jí)通過(guò)電容器13和14驅(qū)動(dòng)。一旦信號(hào)傳到輸出級(jí)，該信號(hào)的電壓和電流進(jìn)一步由功率設(shè)備15和16(例如功率三極管、四極管或五極管)放大。最后，放大后的信號(hào)接著通過(guò)輸出匹配變壓器17輸給負(fù)載。
除了兩對(duì)反饋環(huán)的連接不同于圖3之外，圖4所示的平衡音頻功率放大器具有與圖3一樣的結(jié)構(gòu)。
如圖5A和6A所示，輸出功率級(jí)包含常見(jiàn)的“超線(xiàn)性”推挽結(jié)構(gòu)連接的輸出變壓器及功率管71，72。該管可以是任何通用的功率管例如6L6、6V6、EL84、KT88、KT90和6550等。功率管71和72通過(guò)陰極(cathode)電阻器69、70以及旁路電阻器67和68來(lái)調(diào)整陰極偏壓。這種類(lèi)型的偏壓技術(shù)也被稱(chēng)為“自偏壓”。此外，設(shè)計(jì)者也可以選用“固定偏壓”來(lái)代替自偏壓。最后，功率管的輸出信號(hào)通過(guò)輸出匹配變壓器75輸給負(fù)載。圖5A和6A分別示出根據(jù)圖3和4所示的兩種不同連接反饋環(huán)方式。
關(guān)于圖5B和6B，它們是圖5A和6A所示電路布置的簡(jiǎn)化方案，且省卻了一對(duì)真空管49和50。
從圖5A和5B中可以很容易看出，偏壓電阻器30和33可以從電路中省略。在這種情況下，圖5A的反饋電阻器76和80跟圖5B的電阻器84和88能同時(shí)兼起偏壓和反饋電阻器的作用。
可以看出，在根據(jù)本發(fā)明的新真空管平衡放大器中，設(shè)有兩對(duì)反饋環(huán)。第一對(duì)反饋環(huán)可以應(yīng)用于輸入級(jí)和第二級(jí)之間，而第二對(duì)反饋環(huán)可以應(yīng)用于輸入和輸出功率級(jí)之間。因?yàn)槭褂昧藘蓪?duì)反饋環(huán)，反饋的總量能通過(guò)多種不同方式分配在兩對(duì)反饋環(huán)中。同時(shí)，每對(duì)反饋環(huán)可以只傳遞少量的反饋。通過(guò)將適量的反饋應(yīng)用在每對(duì)反饋環(huán)上，設(shè)計(jì)者可以較容易獲得所追求的最佳平衡放大器性能。
本發(fā)明使用兩對(duì)反饋環(huán)的優(yōu)點(diǎn)包括(a)因?yàn)榈谝粚?duì)反饋環(huán)連接在輸入和第二級(jí)之間，所以線(xiàn)性和帶寬增加并且對(duì)于這兩級(jí)的輸出阻抗減小。這是非常理想的性能，使推動(dòng)輸出功率級(jí)時(shí)有更優(yōu)越的效果。
(b)每對(duì)反饋環(huán)可以只需傳遞少量的反饋，因此可以很容易地控制放大器的整體穩(wěn)定性。因?yàn)閮蓪?duì)反饋環(huán)賦予的方便，設(shè)計(jì)者在優(yōu)化整個(gè)功率放大器的性能時(shí)就具有很高的自由度，以便在不危害放大器穩(wěn)定性的情況下獲取最理想的性能。
應(yīng)該理解上面僅僅描述出由本發(fā)明所例示的實(shí)施例，但在不偏離本發(fā)明精神的情況下可以進(jìn)行多種修改和/或替換。
同時(shí)應(yīng)該理解本發(fā)明的某些特征，為了清楚起見(jiàn)，本文多以描述單獨(dú)實(shí)施例，但它們可以合并成一個(gè)更復(fù)雜的方案。反之，有些本文為了簡(jiǎn)要以單獨(dú)實(shí)施例描述的各種特征，卻可以單獨(dú)或任何適合的次結(jié)合提供。
權(quán)利要求
1.一種包含至少兩級(jí)的平衡放大器，其中輸入級(jí)接收平衡信號(hào)及將信號(hào)放大后輸給所述第二級(jí)，其中所述輸入級(jí)設(shè)有兩對(duì)反饋接口，其中至少一對(duì)反饋接口將所述第二級(jí)的輸出信號(hào)一部分反饋給輸入級(jí)，第二級(jí)放大輸入級(jí)的輸出信號(hào)并保持該信號(hào)的平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡放大器，其中所述輸入級(jí)包括形成第一組差動(dòng)放大器的第一對(duì)和第二對(duì)真空管，其中所述第一對(duì)真空管適于放大所述輸入信號(hào)，其中所述第一對(duì)真空管通過(guò)它們各自陰極之間的兩個(gè)電阻器彼此連接，以及其中電阻器或恒流源從所述兩個(gè)電阻器的結(jié)點(diǎn)連接至一負(fù)直流電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平衡放大器，其中所述恒流源的組成可以為JFET、MOSFET、BJT、真空管，還有齊納二極管和電阻器或僅為電阻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平衡放大器，其中所述輸入級(jí)的第二對(duì)真空管的陰極分別連接到所述第一對(duì)真空管的陽(yáng)極，以及其中所述分壓器在正直流電源和地之間連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平衡放大器，其中所述分壓器包括四個(gè)電阻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平衡放大器，其中所述分壓器分別連接于所述第二對(duì)真空管的柵極處并因此建立所需的直流偏壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平衡放大器，其中所述輸入級(jí)的輸出通過(guò)所述第二對(duì)真空管的陽(yáng)極和正直流電源之間連接的兩個(gè)負(fù)載電阻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平衡放大器，其中所述輸入級(jí)的輸出信號(hào)適于通過(guò)在兩個(gè)電阻器直接連接到所述第二級(jí)，該兩個(gè)電阻器連接在所述輸入級(jí)所述第二對(duì)真空管的陽(yáng)極和所述第二級(jí)的一對(duì)真空管的柵極之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡放大器，其中所述第二級(jí)包括具有第一和第二對(duì)真空管而組成的差動(dòng)放大器，其中所述第二級(jí)的所述第一對(duì)真空管適于放大來(lái)自所述輸入級(jí)的輸出信號(hào)，以及其中所述第二級(jí)的所述第一對(duì)真空管通過(guò)它們各自陰極之間的兩個(gè)電阻器彼此連接，以及一恒流源從所述兩個(gè)電阻器接地或負(fù)直流電源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的平衡放大器，其中所述恒流源的組成可以為JFET、MOSFET、BJT、真空管，還有齊納二極管和電阻器或僅為電阻器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的平衡放大器，其中所述第二級(jí)的第二對(duì)真空管的陰極通過(guò)電阻器分別連接到所述第二級(jí)的第一對(duì)真空管的陽(yáng)極，同時(shí)所述第二級(jí)的第二對(duì)真空管的柵極連接到所述第二級(jí)的第一對(duì)真空管的陽(yáng)極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的平衡放大器，其中所述正直流電源施加到所述第二級(jí)的第二對(duì)真空管的陽(yáng)極上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的平衡放大器，其中所述的平衡放大器的整個(gè)輸出適于通過(guò)所述第二級(jí)的第二對(duì)真空管的陰極。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡放大器，其中所述第二級(jí)包括一對(duì)通過(guò)它們各自陰極間的電阻器彼此連接的真空管，以及其中所述電阻器和恒流源從所述兩個(gè)電阻器的結(jié)點(diǎn)接地或負(fù)直流電源。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的平衡放大器，其中所述恒流源的組成可以為JFET、MOSFET、BJT、真空管，還有齊納二極管和電阻器或僅為電阻器。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的平衡放大器，其中所述正直流電源通過(guò)兩負(fù)載電阻施加到所述第二級(jí)的所述真空管的陽(yáng)極上。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡放大器，進(jìn)一步包括一功率輸出級(jí)，成為一平衡音頻功率放大器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的平衡放大器，其中所述兩對(duì)反饋環(huán)的第一對(duì)將所述第二級(jí)的輸出連接到在所述第一級(jí)上的所述第二對(duì)反饋接口以及所述兩對(duì)反饋環(huán)的第二對(duì)將所述功率輸出級(jí)的輸出連接到所述第一級(jí)上的所述反饋接口。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的平衡放大器，其中所述兩對(duì)反饋環(huán)的第一個(gè)將所述第二級(jí)的交叉輸出連接到所述輸入級(jí)上的所述第一對(duì)反饋接口，以及所述兩對(duì)反饋環(huán)的第二對(duì)將所述功率輸出級(jí)的交叉輸出連接到所述輸入級(jí)上的所述第二反饋接口。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的平衡放大器，其中所述功率輸出級(jí)包括一對(duì)自偏壓或固定偏壓的功率三極管、二極管或五極管，并驅(qū)動(dòng)輸出匹配變壓器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種平衡放大器，其為兩級(jí)連接的放大器，其中輸入級(jí)接收平衡信號(hào)及將信號(hào)放大后輸給第二級(jí)，輸入級(jí)同時(shí)設(shè)有兩對(duì)反饋接口，至少一對(duì)反饋接口用于將第二級(jí)輸出信號(hào)的一部分反饋給輸入級(jí)，第二級(jí)放大輸入級(jí)的輸出信號(hào)并保持該信號(hào)的平衡。
文檔編號(hào)H03F3/34GK1996748SQ20061016944
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月5日
發(fā)明者林志明 申請(qǐng)人:林志明