[发明专利]一只二极管抵消失真和温漂的VMOS管功放

说明书

技术领域

本发明描述一种VMOS管音频功放失真和温漂抵消的方法，使用本发明的方法，可以把VMOS管音频功放的开环失真降到极低，再配合其它局部负反馈技术，完全可以把晶体管功放的音质做到电子管功放的程度。本发明还具有稳定VMOS管静态电流的作用，使得VMOS管静态电流不会随温度升降而变化。

背景技术

晶体管功放的音质一直是个令人们头疼的问题，仪器测得指标很好的晶体管功放，听起来却失真刺耳。这是因为仪器测得的指标是闭环的，而人耳听到的却是瞬间开环的功放放出来的声音，这是瞬态互调失真的经典解释。那么，降低开环失真自然就能改善音质了，这点已经是业界的共识。关键是看怎么降低开环失真，本发明的方法就是提供了一种有效降低开环失真的途径。经过样机实际听感测试，高、中音基本达到电子管单端甲类功放水平，低音还远好于电子管功放。

发明内容

下面结合附图来说明工作原理。图1中的Q1是中间放大级，Q3和Q4是一对VMOS管组成的互补输出极。Q2是恒流源，D1和R3串联给Q3和Q4提供静态偏置电压。由于恒流源的动态电阻和VMOS管的输入电阻都很高，所以中间放大级的增益极高，工作点的变化范围也极小，非线性失真也极小。图2所示的是一种指数特性曲线图。这个图可以表示很多自然现象。二极管和VMOS管的特性曲线图都有类似的形状。对于二极管来说，X轴是电压，Y轴是电流；而对于VMOS管来说，X轴是G、S极间电压，Y轴是D、S极间电流。如果我们选择合适的坐标参数，可以使得二极管的特性曲线与VMOS管的特性曲线重合！这就是本发明的理论基础所在。假设在某一时刻，Q3的G极电压升高，如果没有D1的存在，那么，Q3的电流会作如图2所示的非线性变化，这个非线性变化就是失真。而现在有了D1的存在，D1的正极电压也会升高，由于恒流源的动态电阻不是无限大，所以，D1的电流也会作如图2所示的非线性变化，这个非线性变化同样是失真。这两个失真是大小相等方向相反，互相抵销的。所以，合成后的输出声音就没有失真了。为了说明这个抵销的过程，在图2的曲线上取A、B、C三点，假设Q3的G极电压从A点经B点变化到C点，如果从A点到C点连结直线的话，很显然不会经过B点的，这就是非线性失真。这个B点存在的问题是本该更大的电流而实际没有更大，也就是说，应有的输出电流变小了。同样地，如果把这个曲线看成是二极管的特性曲线的话，D1正极的电压从A点经B点变化到C点，这时的B点电流本该更大从而拉低Q3的G极电压，在B点时刻，Q3的G极电压本该更小而实际没有更小。这就好了，VMOS管的失真就是在B点的电流变小了，二极管的失真就是在B点的电压变大了，这个二极管变大了的电压正好抵消了VMOS管变小了的电流，使得VMOS管电流的非线性失真消失了。请注意，这是降低开环失真。如果D1换成两只二极管串连失真就会变得很大，这是形成过补偿的原因。这也从另一方面证实了上面分析的合理性。本电路的另一个作用是抵消温漂，D1压降的负温度系数正好抵消了Q3、Q4两只VMOS管G、S极间电压温度系数。对于VMOS管来说，在小电流状态时，同样的G、S极电压，D、S极电流会随温度升高而增大。D1的存在正好能抵消了这个温漂。至于为什么一只二极管能正好抵消两只VMOS管的温漂，这是由实验确定的。如果要从理论上给与的合理解释，那么只能是：把两只互补型VMOS管的G极看成是极薄层的导体，且连在一起了，两只互补型VMOS管的导电沟道正好构成一个PN结，这个PN结的温度系数和普通二极管PN结的温度系数正好相等。

图1中的V1是TL431，由Q2构成的恒流源使用了TL431，并且Q2的E极电阻上的压降反馈给TL431的参考电压端，Q2的BE结受热后压降会降低，导致流过R2的电流加大，TL431参考电压端的电压也会加大，TL431的输出端电压会降低，Q2的B极电压会降低，抑制了R2电流的加大。同样的，TL431在抑制Q2噪声过程中的原理也是类似的。由此可见，这样做可以获得更低的噪声，更稳定的电流，更好的热稳定性，给中间放大级提供更高的动态电阻。如果使用三极管取代TL431构成恒流源的话，热稳定性达不到要求。如果恒流源不能稳定的话，那么，流过D1和R3的电流形成的偏置电压就不能稳定，D1的失真抵消作用就达不到要求。

现有的VMOS管功放中，使用的是三极管代替在图1中TL431的位置，三极管Q2的电流稳定性和噪声性能都很差。使用中，由于恒流源的不稳定而很容易导致VMOS管电流过大而烧毁。现有的VMOS管功放中，给VMOS管提供偏置电压的电路中，没有D1的存在，同样会很容易导致VMOS管电流过大而烧毁。同时，VMOS管的失真也很大。

   本发明的具体实施就很容易做到了，都是普通的常用元件。D1在安装的位置上要紧靠Q3或Q4，以便得到更好的热藕合。需要说明的是，要做到电子管的音质，还需要加入局部负反馈技术，降低每一级的增益，减少大环路负反馈量。