[发明专利]动态平衡甲类音频功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及高保真音频功率放大器领域，具体地说是一种动态平衡甲类音频功率放大器。

背景技术

经典的音频功率放大器按输出级静态偏置电流状态的不同可分为甲类、甲乙类、乙类等几种；按电路结构可分为单端、推挽、平衡(桥式)等几种，其中，平衡甲类音频功率放大器的声音性能最好。

它的工作特点分析如下：在输出级无线性失真的理想情况下，输入的同相信号及反相信号的电压和电流大小相等而相位相反，流过电桥两臂的电流也是大小相等而相位相反，即流过电桥两臂的电流之和不变，这时电源供给输出级的电流也不变，即电源供给输出级的电流不随输入信号的有无、大小和频率的高低而变化。

因电源电流恒定无音频信号通过，电源只需要有直流输出，此时音频电流可看作没有通过电源，这样，电源的动态特性不是影响音质的因素。因而平衡甲类音频功率放大器是一种理想的电路程式。

以上是在理想情况下的分析结果，即输出级无线性失真的情况下得出的结论，但是在实际情况下，电流输出级的线性失真总是存在，其产生的原因有以下几种：

a.推挽输出级互补管的配对参数误差，如输入特性的非线性、互补管的互补特性、多管并联时各管参数的散差；

b.静态偏置电流变化引起的互补配对参数变化；

c.温度变化对输入特性、互补配对参数、并联功率管各管工作点的影响。

偏离理想情况的大小随以上几条原因的变大而趋于恶化，在多管并联时更趋于严重。a可由管子参数的精确配对在单一情况下接近理想情况，但将使成本大大增加，技术实现难度很大；对b、c两条采取参数配对的方法无法解决。

由以上分析可知，由于电流输出级线性失真的存在，传统的平衡甲类功率放大器无法做到在有音频电流的动态情况下保持精确的平衡，而始终有音频电流通过电源，实际的电源内阻不为零，且在整个音频范围内不平坦，对音频的阻抗变化很大，电源的动态特性如滤波电容、整流管速率、变压器内阻等电源特性对音质都有影响，因而其音质总受到电源特性的影响而无法进一步的提高。

电流输出级线性失真主要是因为动态时输出级的静态电流发生变化而引起的，下面对静态电流变化的原因进行分析。传统的甲类平衡功放输出级简化电原理图见图1，下面以一边桥臂电路的工作过程进行分析。图1中输出级的T1、T2可由双极型晶体管构成，也可由场效应管构成，其原理相同。

设：静态偏置电压U_P，传统功放的U_P为恒压源

静态偏置电流I

射极电阻R1＝R2＝R

负载电流I_L

在输入信号正半周，负载电流为I_L时：

I1＝I+I_L/2

I2＝I-I_L/2

U_P＝Ube1+Ube2+I1*R1+I2*R2

  ＝Ube1+Ube2+(I+I_L/2)*R1+(I-I_L/2)*R2

U_P＝Ube1+Ube2+2I*R+I_L/2*R1-I_L/2*R2

U_P由三部分构成：

Ube1+Ube2——NPN、PNP互补管be结的压降，随输出电流I_L的大小变化，并与静态偏置电流I的大小有关；

2I*R——静态偏置电流I在射极电阻R上的静态压降；

I_L/2*R1-I_L/2*R2——负载电流I_L在射极电阻R上的动态压降，因相互抵消为零，所以负载电流I_L不影响回路电压。

在理想情况下，互补管be结的压降应互补，即Ube1的增加量等于Ube2的减少量，或Ube1的减少量等于Ube2的增加量，应相互抵消。当Ube1、Ube2完全互补时，Ube1+Ube2项不变，2I*R项也不变。

由于T1、T2特性的误差及Ube1、Ube2存在的非线性，实际总存在互补误差。动态时Ube1的增加量与Ube2的减少量不相等，使Ube1+Ube2随电流的大小变化，由于U_P为恒压源不变，Ube1+Ube2项发生变化，按回路电压法则，由上式可知，Ube1+Ube2的变化量只能由2I*R项中的静态偏置电流I的变化给予补充，即静态偏置电流I发生变化。