[其他]高效甲類音頻功率放大器

無效

• 申請號: 86101540
• 申請日: 1986-08-18
• 公開（公告）號: CN86101540A
• 公開（公告）日: 1988-04-13
• 發明（設計）人: 孫一鳴
• 申請（專利權）人: 孫一鳴
• 主分類號: H03F1/02
• 分類號: H03F1/02;H03F3/20
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 沈德新,謝晉光

本發明是一種輸出級的電源電壓和偏置受被放大信號控制的高效甲類的音頻功率放大器，屬提高半導體放大器輸出效率的改進技術。

近年來，高保真放大器的研制非帶活躍，日本、美國和西歐的一些廠家都相繼研制了不少新產品投放市場，國內也有一些產品問世。通常，這些放大器工作于甲（A）類或乙（B）類（包括AB類）狀態。工作在A類狀態的功率放大器不會產生交越失真和開關失真，音質優于工作在B類狀態的功率放大器，但其效率卻遠低于工作在B類狀態的功率放大器。為獲得優美的音質，同時又有較高的效率，一些功率放大器采用了“無截止偏置電路”，如美國施里肖爾德公司的“動態偏置電路”、日本先鋒（pioneer）公司的“無開關動作放大器”、日本勝利（JVC）公司的“超甲類放大電路”、日本松下（Technics）公司的“新甲類放大電路”、日本哥倫比亞公司的“實時偏置電路”等等。這些無截止放大電路的構思都比較巧妙。其中日本哥倫比亞公司的Denon牌POA3000型功率放大器的“實時偏置電路”更為新穎，它從輸出級偏置電流方面入手，部分解決了傳統A類功率放大器的低效率問題。然而，分析電路可以看到，它的全部偏置電路設置在輸出級的信號通路中，偏置電路結構極為繁雜，此外，由于它的輸出級的電源電壓固定不變，所以，這種“實時偏置電路”在放大器小功率輸出時的效率仍較低。德國專利DE????3013186“高效率的功率放大器”敘述了以改變電源電壓的方式提高功率放大器的效率。但是施加于放大器輸出級的電源電壓呈大幅度的階躍變化，由此產生的脈沖性噪聲可能通過電源而影響到放大器的輸出，電源電壓的變化階差電壓較大時更為嚴重。其次，運用這種方式來提高功率放大器的效率，必須使電源電壓的變化比較精密地跟蹤放大器的輸出電壓，盡量壓低多余的電源電壓，方能明顯提高放大器的效率，因而就要求大大增加電源電壓的變化級數。若按德國專利DE3013186所述的方案，就要設置兩倍于電源電壓變化級數的獨立電源組，因此;當這種要求的電壓變化級數較多時，在實際應用中會變得難以實現。特別當放大器要具有高輸出能力時，更是如此，因而，上述專利所述的方案，對放大器效率的改善是“粗糙的”、有限的。本發明綜合了這些提高放大器效率的基本思想，改進設計了一種全新結構的高效A類音頻功率放大器。

本發明的目的是，用一個效率與輸出電壓無關的電壓受控電源和簡單的受控偏置電路，施加于A類功率放大器上，從而在保證A類功率放大器的優美音質的前提下，降低無用損耗及發熱，提高放大器的效率。

本發明高效A類音頻功率放大器由A類功率放大器、模擬電源、量化電源以及簡單的受控偏置電路組成。功率放大器的輸入級和推動級由固定電壓的電源Vc₁供電，輸出級則由電壓受控電源Vc₂供電。電壓受控電源由兩大部分組成：模擬電源和量化電源，模擬電源輸出端的電壓也就是電壓受控電源的輸出電壓Vc₂。其中模擬電源由絕對值電路、峰值保持電路、驅動電路和跟隨器組成;量化電源由檢測電路、代碼轉換器、觸發驅動電路、電子開關、續流管、單元電源、基始電源和儲能電容C組成。由于模擬電源的輸出電壓受功率放大器的輸出電壓控制，所以，功率放大器的輸出電壓愈高，電壓受控電源的輸出電壓Vc₂的值也愈高，這個可變的電源電壓可保證放大器在未達到最大輸出之前的任一時刻，輸出信號電壓不被削頂，同時，又可省去多余的電源電壓;反之，當功率放大器的輸出電壓較低時，Vc₂的值也會隨之降低。但Vc₂有一個最低保持值，稱為初始電壓，它一方面能克服輸出級功率管的飽和壓降，同時也提供了一個補償可變電源系統響應時間延遲的緩沖量。量化電源在任何時刻都能提供一個略高于或等于模擬電源的輸出電壓Vc₂與跟隨器工作電壓二者之和的量化電壓。

傳統A類功率放大器輸出級偏置電流通常按下式要求設定不變：

偏置電流I_Q＝ (最大輸出功率時的電壓峰值V_omax)/(負載阻抗R_L) × 1/2

所以，即使是在小功率輸出狀態下，也要流過相當大的偏置電流。本發明的高效A類功率放大器在輸出級設計有一個簡單的受控偏置電路，輸出級的偏置電流受控于輸出訊號，其值為即時輸出電壓峰值的函數：

偏置電流I_Q＝ (即時輸出功率的電壓峰值V_O)/(負載阻抗R_L) × 1/2