[发明专利]具有减低的转换畸变的高效放大器

说明书

本发明涉及功率放大器，具体地，本发明涉及在至少两个功率级之间工作的，具有减低的转换畸变，快速响应时间与改善的功率调节的一种可转换的放大器。

在Sampei的3，961，280号美国专利中公开的一种G类功率放大器在干线电压的两个级（两条正干线及两条负干线）之间转换以提供比单干线电压方法（具有一条正干线及一条负干线）更有效及较冷的运行设计。在空闲与相对地低的信号条件上，该G类功率放大器使用低馈电干线。当信号条件升高时，即当输出摆幅超过较低供电干线电压时，放大器为超过较低干线电压的输出摆幅部分自动转换到较高馈电干线。这一方法改进了设计的整体效率，因为对于大部分信号条件，放大器使有通常只是高电压干线一半电压的低电压干线。结果，输入功率，及归根结底功耗是低于传统的AB类方法的。在较低的功率级上，功耗大约为AB类的值的一半。从而，在相同的输出功率级上，可转换的G类设计可采用较可比的AB类设计小的散热装置及功率变压器。

然而，大多数已知的G类放大器设计在高频上具有严重的性能限制。典型的转换速率值是低的，并且由于器件转换限制而总的谐波畸变（THD）是高的。在已知的配置中，转换是由诸如一个二极管及一对功率晶体管完成的。这些器件的饱和与转换特征确定了干线转换时输出信号的瞬时响应，并限制了能在干线间转换的输出速度。

图3示出了与上述Sampei相似的已知G类放大器的基本电路。在该配置中，分别表示低与高电源（干线）的两个不同的电压源V_L与V_H被耦合到一对串联的对应放大器Q_L与Q_H上，如图所示，Q_H的发射极耦合到Q_L的集电极上。一个开关二极管D_S连接在放大器Q_H与Q_L的串联之间，如图所示，并连接到较低的电压源V_L上。一种类似的配置设置在使用对应的负的低与高电压-V_L与-V_H及放大器Q’_L与Q’_H的互补的或反极性侧上，它们是反相导通型的器件，如图所示。

在图3中所示的配置中，器件Q_H或Q_H’称高方器件而器件Q_L或Q_L’则称作低方器件。当输入信号V_in小于较低的干线电压V_L时，高方器件Q_H便被切断，而低方器件Q_L经由D_S供给正偏的输出电流。当输入信号超过较低电压V_L时，高方器件V_H便被接通。当出现这种情况时，开关二极管D_S被反向偏压而切断来自较低电压V_L的超过V_L的输出信号摆幅部分的电流。在低方与高方器件的对应偏压电路中的二极管D_L与D_H在这两个器件之间建立了一种电压关系，从而防止了低方器件Q_L进入饱和状态。

已为改进G类工作的效率与性能做出过努力。例如，Dijkmans等人的4，706，035号美国专利中示出的两级输出（两正与两负）G类放大器带有一个用于将输出驱动到第二电源电压的一个引导电容器。一个开关二极管设置在低电压源的输出电路中。一个串联二极管电路设置在输出器件的基极之间。虽然引导电路改善了输出摆动，但高方输出器件仍然成为饱和的，从而降低了系统性能。

当输入信号V_in增加到较低电压V_L以上或降低到其以下时，每半个周期将出现两次G类工作中的转换畸变。传统的G类工作中导致的畸变是起因于出现在这种转换上的转换延迟。

本发明是基于下述发现的：工作在多种电压模式中的一个放大器可以利用独立的开关二极管的平行器件输出来实现减少转换畸变与改进功率调节。还设置了用于防止各不同电压模式中的输出器件的饱和的装置。此外，可以通过维持与输出具有预定的关系的一个小的输入驱动电流从而在模式转换之前强制高方器件进入低导电状态，而达到转换速度的宽带改进与转换畸变的减小。