專(zhuān)利名稱(chēng)：動(dòng)平衡開(kāi)關(guān)式音頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及廣播擴(kuò)音器材，是關(guān)于一種動(dòng)平衡開(kāi)關(guān)式音頻功率放大器。
現(xiàn)有技術(shù)中常用的音頻功率放大器有三類(lèi)第一類(lèi)是模擬信號(hào)甲類(lèi)功率放大器，電聲指標(biāo)最好，聽(tīng)感舒適，但效率最低，理論上的最高效率只有50％，實(shí)際上一般只能保證在45％左右；第二類(lèi)是模擬信號(hào)乙類(lèi)推挽功率放大器，電聲指標(biāo)遜于甲類(lèi)，理論上的最高效率只有78.5％，也不夠高；至于為改善音質(zhì)而為全世界廣泛采用的介于甲類(lèi)與乙類(lèi)之間的甲乙類(lèi)推挽功率放大器，效率更低于70％；第三類(lèi)是脈寬調(diào)制音頻功率放大器，它須產(chǎn)生一固定頻率的脈沖，放大信號(hào)中含有大量諧波分量，因而諧波損耗較大，大信號(hào)時(shí)功率開(kāi)關(guān)管的熱耗也較大，效率實(shí)際難于超過(guò)90％，且由于其本身一些固有的弱點(diǎn)，所以該電路實(shí)際上未得推廣。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種效率高達(dá)99％，電聲指標(biāo)象甲類(lèi)功放一樣優(yōu)良，且電路結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)潔的動(dòng)平衡開(kāi)關(guān)式音頻功率放大器。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即采用動(dòng)平衡高頻掃描開(kāi)關(guān)方式實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的高保真功率放大。它由外殼，外殼上的指示表頭，顯示器，開(kāi)關(guān)及殼內(nèi)的電源及電子線路組成，電子線路包括由兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的，分別對(duì)正負(fù)交變的音頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)功率放大的電路；本實(shí)用新型的特征在于各功率放大電路由取樣環(huán)節(jié)，比較器，推動(dòng)級(jí)，功率開(kāi)關(guān)管及動(dòng)平衡保持環(huán)節(jié)組成，比較器的同相輸入端為音頻信號(hào)的輸入端，其反相輸入端接取樣環(huán)節(jié)的取樣點(diǎn)，其輸出端接推動(dòng)級(jí)，并通過(guò)推動(dòng)級(jí)與功率開(kāi)關(guān)管連接，動(dòng)平衡保持環(huán)節(jié)接在地與功率開(kāi)關(guān)管輸出極之間；取樣環(huán)節(jié)一端接地線，另一端通過(guò)隔離二極管與功率開(kāi)關(guān)管輸出端連接；比較器將音頻信號(hào)各個(gè)瞬時(shí)的電平與功率開(kāi)關(guān)管相應(yīng)輸出的取樣電平不斷地進(jìn)行跟蹤比較，使放大電路的輸出電平與輸入信號(hào)的實(shí)時(shí)電平嚴(yán)格保持一種動(dòng)平衡關(guān)系，即用比較器反相輸入端通過(guò)取樣環(huán)節(jié)及動(dòng)平衡保持環(huán)節(jié)作為比較器輸出電平變化的控制端，通過(guò)與同相輸入端的瞬間音頻輸入電平進(jìn)行比較，使比較器輸出端的電平發(fā)生躍變，從而使推動(dòng)級(jí)及功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通或截止；功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通或截止使動(dòng)平衡保持環(huán)節(jié)上的電壓升高或下降，又導(dǎo)致取樣點(diǎn)電平的升高或降低，再與各瞬間音頻輸入電平比較后，使比較器的輸出電平發(fā)生相應(yīng)的躍變，如此循環(huán)往復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的高保真功率放大，使放大器既有數(shù)字式開(kāi)關(guān)電路高效率的特點(diǎn)，又有純甲類(lèi)功放優(yōu)良的電聲指標(biāo)。經(jīng)作樣機(jī)試驗(yàn)，頻響極寬，動(dòng)態(tài)范圍很大，靜場(chǎng)毫無(wú)雜音，聽(tīng)感十分舒適。
附圖給出了本實(shí)用新型的實(shí)施實(shí)例，通過(guò)對(duì)附圖的描述可進(jìn)一步理解本實(shí)用新型的上述特征。
附

圖1為本實(shí)用新型音頻功率放大器電路圖；附圖2為本實(shí)用新型整機(jī)外觀結(jié)構(gòu)圖。
如圖1所示由于音頻信號(hào)為正負(fù)交變的電壓信號(hào)，因而本音頻功率放大電路由分別完成正、負(fù)信號(hào)放大的相同結(jié)構(gòu)的兩部分電路構(gòu)成。其中，比較器IC1、推動(dòng)級(jí)Tr1和功率開(kāi)關(guān)管Tr3等構(gòu)成放大電路；比較器IC2、推動(dòng)級(jí)Tr2和功率開(kāi)關(guān)管Tr4等構(gòu)成負(fù)半周信號(hào)的功率放大電路。電阻R1與R2組成正半周輸出電壓的取樣環(huán)節(jié)，取樣點(diǎn)A在R1與R2的接點(diǎn)，亦為比較器IC1的反相輸入端；電阻R3與R4組成負(fù)半周輸出電壓的取樣環(huán)節(jié)，取樣點(diǎn)為B，亦為比較器IC2的反相輸入端。比較器接在正負(fù)12伏電源之間，其同相輸入端為音頻信號(hào)的輸入端，其輸出端接推動(dòng)管的基極，推動(dòng)管Tr1、Tr2的發(fā)射極接地，其中Tr1的集電極通過(guò)電阻R7與Tr3的發(fā)射極一起接正電源(＋E)。功率開(kāi)關(guān)管的基極與推動(dòng)極的集電極連接，Tr3、Tr4集電極共同組成音頻放大信號(hào)的輸出端，它可接揚(yáng)聲器SP，并通過(guò)對(duì)該放大信號(hào)起動(dòng)平衡保持作用的電容C接地。
上述電路的工作過(guò)程是這樣的開(kāi)電源之初，當(dāng)沒(méi)有音頻信號(hào)輸入時(shí)，信號(hào)電平和A、B兩點(diǎn)電位均為零，比較器IC1輸出負(fù)電壓，比較器IC2輸出正電壓，迫令推動(dòng)管Tr1和Tr2均截止，功率開(kāi)關(guān)管Tr3和Tr4也截止，確保放大電路無(wú)輸出。加信號(hào)后，設(shè)當(dāng)音頻輸入電平為某一正值時(shí)，只要A點(diǎn)電位低于它數(shù)毫伏，比較器IC1的輸出端躍變成正電壓，迫令Tr1飽和導(dǎo)通，從而驅(qū)動(dòng)Tr3飽和導(dǎo)通，電容C上的電壓迅速升高；一當(dāng)升到A點(diǎn)電位高出該瞬間音頻輸出電平數(shù)毫伏時(shí)，比較器IC1的輸出立即翻轉(zhuǎn)成負(fù)電壓，促使Tr1截止，因而Tr3截止，電容C上的電壓隨即跌落；一當(dāng)?shù)紸點(diǎn)電壓比該瞬間音頻輸入電平低數(shù)毫伏時(shí)，比較器IC1的輸出又立即翻轉(zhuǎn)成正電壓，又令Tr1、Tr3飽和導(dǎo)通，再度重復(fù)上述過(guò)程。如此循環(huán)往復(fù)，確保輸出電壓穩(wěn)定在一個(gè)固定值上。下一瞬間，當(dāng)輸入信號(hào)變到另一電平時(shí)，按照上述平衡過(guò)程，輸出電壓又穩(wěn)定在另一個(gè)相應(yīng)值上。當(dāng)輸入信號(hào)進(jìn)入負(fù)半周，比較器IC2和Tr2、Tr4即開(kāi)始工作，并隨著輸入電平的變化，重復(fù)正半周時(shí)相同的動(dòng)平衡掃描過(guò)程。輸入電平由正到負(fù)不斷變化，輸出電壓即嚴(yán)格地跟蹤變化，掃描頻率極高，從而實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的高保真功率放大。
在上述電路中，比較器選用能保證輸出正、負(fù)電壓的LM311或LM339均可，由于LM339是集電極開(kāi)路式的比較器，選用R5、R6作拉電阻，將比較器IC1、IC2輸出端的電位接到＋12伏電源上。推動(dòng)管Tr1、Tr2可根據(jù)所需工作電壓選用耐壓恰當(dāng)?shù)闹小⑿」β示w管或場(chǎng)效應(yīng)管，例如選用BF871與BF872視放管。功率開(kāi)關(guān)管Tr3與Tr4則須據(jù)工作電壓和輸出功率選用適當(dāng)電流與耐壓的大功率晶體管或VMOS管，例如選用IRF150和IRF9150兩種VMOS管。如單管輸出電流不夠，可取多管并聯(lián)滿(mǎn)足要求。此外，上述電路中的D1和D2為隔離二極管，由于它們存在0.7伏的開(kāi)關(guān)滯后電壓，它們可以由微弱音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)的電壓比較器LM339控制導(dǎo)通的晶體管來(lái)代替，這樣可確保音質(zhì)上乘。
附圖2為本實(shí)用新型整機(jī)外殼結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，電路位于機(jī)殼內(nèi)，L和R聲道頻譜顯示、指示燈LED、均衡調(diào)整、混響調(diào)整、放大調(diào)整和卡拉OK調(diào)整電位器及其它開(kāi)關(guān)都設(shè)在臺(tái)階形面板上。由于附屬調(diào)音部分的參量均衡、卡拉OK、數(shù)字混響和頻譜顯示等不屬音頻功放電路，均為通用成熟電路，在此不贅述。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的由于采用動(dòng)平衡高頻開(kāi)關(guān)掃描方式實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的高保真功率放大，開(kāi)關(guān)掃描頻率極高，避免了功率開(kāi)關(guān)管長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通的過(guò)大熱耗；由于控制與驅(qū)動(dòng)電路耗電極微，可以用毫瓦級(jí)音頻信號(hào)直接變換取得0～260伏任何電壓幅度和上千瓦功率等級(jí)的純甲類(lèi)音頻輸出信號(hào)，而且輸出信號(hào)中不含諧波分量，電源能量直接轉(zhuǎn)換成音頻輸出功率，減小音量即可降低電耗，效率可高達(dá)99％，電聲指標(biāo)象甲類(lèi)功放一樣優(yōu)良，同時(shí)電路極為簡(jiǎn)潔。由于電路采用純開(kāi)關(guān)方式工作，裝機(jī)時(shí)勿須調(diào)整偏流或工作點(diǎn)，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
本實(shí)用新型既適家用，也能滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)使用要求。若全國(guó)的有線廣播系統(tǒng)和各單位、各家庭廣泛使用的擴(kuò)音機(jī)、收錄機(jī)以及廣播、電視和各類(lèi)通訊發(fā)射機(jī)中的音頻功率放大器全部以本專(zhuān)利技術(shù)更新?lián)Q代，一年節(jié)省上的電力就將是上百億度。由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型將獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
權(quán)利要求1.一種動(dòng)平衡開(kāi)關(guān)式音頻功率放大器，包括由兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的，分別對(duì)正負(fù)交變的音頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)功率放大的電路；該電路包括取樣環(huán)節(jié)，比較器，推動(dòng)極，功率開(kāi)關(guān)管及動(dòng)平衡保持環(huán)節(jié)；本實(shí)用新型的特征在于1)比較器的同相輸入端為音頻信號(hào)的輸入端，其反相輸入端接取樣環(huán)節(jié)的取樣點(diǎn)，其輸出端接推動(dòng)級(jí)基極，并通過(guò)推動(dòng)級(jí)的集電極接功率開(kāi)關(guān)管的基極；2)動(dòng)平衡保持環(huán)節(jié)為一電容，接在地線與功率開(kāi)關(guān)管輸出極之間；3)取樣環(huán)節(jié)為兩個(gè)串聯(lián)的電阻，其接點(diǎn)處為取樣點(diǎn)，串聯(lián)電阻的一端接地線，另一端通過(guò)隔離二極管與功率開(kāi)關(guān)管輸出極連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種動(dòng)平衡開(kāi)關(guān)式音頻功率放大器，它采用動(dòng)平衡高頻掃描開(kāi)關(guān)方式實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的高保真放大。其電路由兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的、分別對(duì)正負(fù)交變的音頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)功率放大的電路組成；它包括取樣環(huán)節(jié)、比較器、推動(dòng)級(jí)、功率開(kāi)關(guān)管及動(dòng)平衡保持環(huán)節(jié)。本實(shí)用新型既具有數(shù)字式開(kāi)關(guān)電路高效低耗的特點(diǎn)，效率可達(dá)99％，又有純甲類(lèi)功放的優(yōu)良電聲指標(biāo)，頻響極寬，動(dòng)態(tài)范圍很大，靜場(chǎng)毫無(wú)雜音；同時(shí)，電路又十分簡(jiǎn)潔。
文檔編號(hào)H03F3/217GK2094154SQ9121675
公開(kāi)日1992年1月22日 申請(qǐng)日期1991年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月27日
發(fā)明者王先倫, 石世榮, 劉磊, 周克濱 申請(qǐng)人:王先倫