[发明专利]晶体管音频功放输出级加速电路

说明书

技术领域

本发明描述一种晶体管音频功放输出级的加速方法，利用小功率晶体管转换速率高的特性来弥补大功率晶体管的缺陷，加速输出级的转换速率，从而消除晶体管音频功放的瞬态互调失真。适用于组合音响、扩音机、DVD机和电视机等有晶体管音频功放的领域。

背景技术

晶体管音频功放的静态指标很好，但是，实际放音乐时却不好听。公认的原因是晶体管音频功放的瞬态互调失真很大。产生瞬态互调失真的因素有很多，其中主要的有如下几种：

①：消振电容的影响；

②：开环增益过大，负反馈过深；

③：放大器转换速率不够；

如果解决了以上3个问题，瞬态互调失真也就基本解决了。那我们来看看在现有的技术条件下，这些问题解决得怎么样了。第①个是消振电容的问题，主要是因为功放用晶体管的高频特性不好而引起自激振荡，为了消除自激振荡而在电路中加入了消振电容。现在的功放用小信号放大晶体管高频特性都有了很大的改善，所以消振电容都用得很小了。由消振电容而产生的瞬态互调失真比以前降低了很多。第②个是开环增益过大，负反馈过深的问题。由于晶体管功放的开环指标不高，只得依靠深度的负反馈来改善指标，使得晶体管功放的开环增益往往做得很大，也使得瞬态特性变差。解决这个问题的方法是：采用线性好的晶体管，而且配对使用；多加局部负反馈；提高晶体管功放的开环指标。现在，这个问题也已经解决得很好了。那么还有最后一个问题，就是放大器转换速率不够的问题。现在，小信号放大器的转换速率已经做得很好，能达到2000V/ uS的性能，这在音频领域是绰绰有余了。但是，晶体管音频功放的大功率输出级转换速率一直上不去。而且，在现有技术条件下，晶体管音频功放用的大功率输出晶体管转换速率还没有更好的解决办法。本发明的方法就是利用小功率晶体管转换速率高的特点来弥补大功率输出晶体管转换速率的不足。

发明内容

下面结合附图来说明本发明方法的具体实施：图中的H-IN和L-IN都是来自推动级的信号，Q1和Q2是大功率输出管，Q3至Q8是用本发明的方法并联的较小功率晶体管，Q1至Q8的电流放大系数都是相等的。由于B极限流电阻的作用，使得Q3的输出功率是Q1的1/2（2分之1，下同）；Q5的输出功率是Q3的1/2；以此类推。假设在某一时刻，来自H-IN的上升信号速率过快，使得Q1的速率跟不上，这就表现为OUT端的电压相对于H-IN端来说是降低了，这个降低的电压使得Q3的电流加大，Q3加大的部分只能补偿因Q1变化慢而减小的电流的1/2，没有补偿的那1/2又使得Q5的电流加大，同样，Q5也只能补偿经过Q3补偿后剩下的那个1/2；以此类推。那么到哪一级才会补偿完全呢？这要看具体的电路，比如说：B极是64R输出功率为1/2 W的小功率那一级，确信不会出现转换速率的问题，那么，就在这一级用两只B极都串接64R的同型号较小功率晶体管并联，这样就能完全补偿因Q1变化慢而减小的电流。还有一个情况要说明一下：Q3自身也会出现转换速率不够的问题，本来Q3的任务是要补偿因Q1变化慢而减小的电流的1/2的，而现在，实际补偿的不到1/2，由Q3自身变化慢而引起的电流减小那部分还是由Q5来补偿其1/2的，以此类推。附图的右半部分是场效应晶体管功放电路的接法。

    和现有的输出级用多只大功率晶体管并联电路相比，本发明的方法具有明显的优势。多只大功率晶体管并联时，多只晶体管是同一个作用方向而不是互补的，这样就不能消除瞬态互调失真。而且，大功率晶体管的转换速率比不上小功率晶体管。如果是在集成电路里，同时集成多只大功率晶体管在技术上也是难以实现的。本发明的方法不但适用于分立原件电路，在集成电路里更加有优势。在集成电路里，可以控制双极型晶体管的电流放大系数来分配各个较小功率晶体管的输出功率；如果是场效应晶体管，可以控制跨导系数来分配各个较小功率晶体管的输出功率。

    本发明的方法还有附带的几个作用：由于加速了输出级的转换速率，该善了晶体管音频功放的高频特性，使得消振电容可以减小甚至完全去除。进一步改善了晶体管音频功放的瞬态互调失真。同时，由于改善了大功率输出级的小信号特性，使得电路的开环指标提高，开环增益可以降低，减小了闭环状态的负反馈深度。这又能使电路的瞬态互调失真得以改善。改善了大功率输出级的小信号特性，也使得小音量时的音色更好。晶体管音频功放往往都是工作在“小音量”的状态。相对与最大输出功率，正常使用时的晶体管音频功放都是工作在很小的音量状态。比如，最大100W的晶体管音频功放，实际听音时往往是在5W以下。