[其他]高效甲类音频功率放大器

说明书

本发明是一种输出级的电源电压和偏置受被放大信号控制的高效甲类的音频功率放大器，属提高半导体放大器输出效率的改进技术。

近年来，高保真放大器的研制非带活跃，日本、美国和西欧的一些厂家都相继研制了不少新产品投放市场，国内也有一些产品问世。通常，这些放大器工作于甲（A）类或乙（B）类（包括AB类）状态。工作在A类状态的功率放大器不会产生交越失真和开关失真，音质优于工作在B类状态的功率放大器，但其效率却远低于工作在B类状态的功率放大器。为获得优美的音质，同时又有较高的效率，一些功率放大器采用了“无截止偏置电路”，如美国施里肖尔德公司的“动态偏置电路”、日本先锋（pioneer）公司的“无开关动作放大器”、日本胜利（JVC）公司的“超甲类放大电路”、日本松下（Technics）公司的“新甲类放大电路”、日本哥伦比亚公司的“实时偏置电路”等等。这些无截止放大电路的构思都比较巧妙。其中日本哥伦比亚公司的Denon牌POA3000型功率放大器的“实时偏置电路”更为新颖，它从输出级偏置电流方面入手，部分解决了传统A类功率放大器的低效率问题。然而，分析电路可以看到，它的全部偏置电路设置在输出级的信号通路中，偏置电路结构极为繁杂，此外，由于它的输出级的电源电压固定不变，所以，这种“实时偏置电路”在放大器小功率输出时的效率仍较低。德国专利DE    3013186“高效率的功率放大器”叙述了以改变电源电压的方式提高功率放大器的效率。但是施加于放大器输出级的电源电压呈大幅度的阶跃变化，由此产生的脉冲性噪声可能通过电源而影响到放大器的输出，电源电压的变化阶差电压较大时更为严重。其次，运用这种方式来提高功率放大器的效率，必须使电源电压的变化比较精密地跟踪放大器的输出电压，尽量压低多余的电源电压，方能明显提高放大器的效率，因而就要求大大增加电源电压的变化级数。若按德国专利DE3013186所述的方案，就要设置两倍于电源电压变化级数的独立电源组，因此;当这种要求的电压变化级数较多时，在实际应用中会变得难以实现。特别当放大器要具有高输出能力时，更是如此，因而，上述专利所述的方案，对放大器效率的改善是“粗糙的”、有限的。本发明综合了这些提高放大器效率的基本思想，改进设计了一种全新结构的高效A类音频功率放大器。

本发明的目的是，用一个效率与输出电压无关的电压受控电源和简单的受控偏置电路，施加于A类功率放大器上，从而在保证A类功率放大器的优美音质的前提下，降低无用损耗及发热，提高放大器的效率。

本发明高效A类音频功率放大器由A类功率放大器、模拟电源、量化电源以及简单的受控偏置电路组成。功率放大器的输入级和推动级由固定电压的电源Vc₁供电，输出级则由电压受控电源Vc₂供电。电压受控电源由两大部分组成：模拟电源和量化电源，模拟电源输出端的电压也就是电压受控电源的输出电压Vc₂。其中模拟电源由绝对值电路、峰值保持电路、驱动电路和跟随器组成;量化电源由检测电路、代码转换器、触发驱动电路、电子开关、续流管、单元电源、基始电源和储能电容C组成。由于模拟电源的输出电压受功率放大器的输出电压控制，所以，功率放大器的输出电压愈高，电压受控电源的输出电压Vc₂的值也愈高，这个可变的电源电压可保证放大器在未达到最大输出之前的任一时刻，输出信号电压不被削顶，同时，又可省去多余的电源电压;反之，当功率放大器的输出电压较低时，Vc₂的值也会随之降低。但Vc₂有一个最低保持值，称为初始电压，它一方面能克服输出级功率管的饱和压降，同时也提供了一个补偿可变电源系统响应时间延迟的缓冲量。量化电源在任何时刻都能提供一个略高于或等于模拟电源的输出电压Vc₂与跟随器工作电压二者之和的量化电压。

传统A类功率放大器输出级偏置电流通常按下式要求设定不变：

偏置电流I_Q＝ (最大输出功率时的电压峰值V_omax)/(负载阻抗R_L) × 1/2

所以，即使是在小功率输出状态下，也要流过相当大的偏置电流。本发明的高效A类功率放大器在输出级设计有一个简单的受控偏置电路，输出级的偏置电流受控于输出讯号，其值为即时输出电压峰值的函数：

偏置电流I_Q＝ (即时输出功率的电压峰值V_O)/(负载阻抗R_L) × 1/2