專利名稱：具有輸出功率限制器的功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有電源的用于放大幾個音頻信號并列的放大器，例如熟知的集成立體聲放大器或環(huán)繞聲放大器。
背景技術(shù)：
高質(zhì)量的音頻放大器通常每個聲道具有的輸出功率約100瓦或其以上，用于驅(qū)動各自的揚聲器。在例如稱為杜比數(shù)字放大器或家庭影院接收器的環(huán)繞聲放大器的情況下，具有6個或其以上并列的單獨的聲道，因此放大器的電源必須應(yīng)對十分高的總功率，和必須為放大器提供專用裝置，以避免出現(xiàn)過電流和過高溫度的狀態(tài)。環(huán)繞聲放大器目前執(zhí)行的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)例如為按照5.1多聲道解碼的Dolby Pro-Logic(杜比定向邏輯)、Dolby Digital(杜比數(shù)字聲音格式)AC-3和DTS。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于放大至少一個音頻信號的放大器，其包括特別是對于輸出級用于避免過負(fù)荷狀態(tài)的保護裝置。
按照權(quán)利要求1中所述的放大器實現(xiàn)這一目的。在各從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的各種優(yōu)選的改進。
根據(jù)本發(fā)明的放大器例如環(huán)繞聲放大器包括電源；電流檢測元件，用于檢測該電源的電流路徑中的電流；檢測電路，響應(yīng)于電流檢測元件；以及電壓降低裝置，用于響應(yīng)于檢測電路降低至少一個音頻信號的信號幅度。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，該檢測電路包括一閾值電路，當(dāng)該電源的電流路徑中的電流在一預(yù)定閾值時，檢測電路電壓降低裝置與一起降低至少一個音頻聲道的信號。這一閾值是可調(diào)的，使從電源汲出的電流低于電源的過負(fù)荷狀態(tài)。
該電流檢測元件例如是一電流檢測電阻，檢測電路是一與這一電阻并聯(lián)的電壓檢測電路。該電壓降低裝置最好包括用于每個聲道的兩個二極管，通過二極管將一正和負(fù)電壓限制值施加到音頻信號的信號路徑上。當(dāng)來自電源的電流太高時，電流檢測電阻上的電壓超過預(yù)定閾值，使電壓降低裝置對音頻信號施加正和負(fù)電壓限制值。電流檢測電阻上的電壓越高，電壓限制值將越低。
最好可以經(jīng)過二極管將電壓限制值施加在前置放大器和輸出功率放大器之間的音頻信號的信號路徑上。按照這種配置，環(huán)繞聲放大器的現(xiàn)有設(shè)計不必修改。
按照上述的功率限制電路具有如下的優(yōu)點其提供對變壓器的過電流保護，以避免變壓器的過熱。此外，避免在輸出功率放大器中的晶體管級的過熱，因此不需要溫度保護。


下面將參照附圖介紹本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，其中圖1表示具有6個聲道的環(huán)繞聲放大器；圖2表示具有電源和與電壓檢測電路在一起的電流檢測電阻；圖3表示用于降低6個聲道信號幅度的電壓降低裝置。
具體實施例方式
環(huán)繞聲放大器包括輸入部分(未示出)，經(jīng)過該輸入部分選擇幾個音頻/視頻信號源例如DVD播放機、錄像機或機頂盒中之一，接著施加到數(shù)字信號處理器1的輸入端DS，在數(shù)字信號處理器1中處理音頻和視頻的格式并提取音頻信號。在這一個優(yōu)選實施例中，要應(yīng)對的音頻格式例如是雙聲道立體聲、Dolby Pro-Logic或Dolby Digital環(huán)繞。數(shù)字環(huán)繞聲需要稱為5.1聲道的6個聲道，它們與在室內(nèi)位于前側(cè)的左、右和中心聲道，后側(cè)的左和右聲道以及一用于副低音揚聲器的降低帶寬的附加聲道的揚聲器相關(guān)。因此，數(shù)字信號處理器1提供6個并列的聲信號，在本優(yōu)選實施例中，它們由緩沖放大器B1-B6緩沖并接著在音量/音調(diào)控制單元VTC中進行處理。在該單元VTC中，調(diào)節(jié)主音量和各聲道之間的相對音量，對于頻率響應(yīng)的音調(diào)控制是可對用戶適用的。
在音量音調(diào)控制單元VTC之后是用于電壓放大的前置放大器P1-P6，接著的是功率放大器7-11，用于提供低阻抗輸出以驅(qū)動各自的揚聲器。在圖1中，僅示出用于具有緩沖放大器B7、B8的右聲道各前聲道部分和功率放大器以及用于具有功率放大器8的中心聲道，因為右聲道和左聲道是相同的。后放大器聲道9和10驅(qū)動后左揚聲器S-L和后右揚聲器S-R，副低音揚聲器放大器11驅(qū)動對應(yīng)的副低音揚聲器揚聲器S-W。
該環(huán)繞聲放大器還包括用于為各聲道放大器提供電源電壓的電源12。根據(jù)本發(fā)明該放大器包括在電源12和功率放大器7-11之間的電流路徑中的電流檢測元件13，各功率放大器要求得到電源的基本部分的功率。檢測電路14用于當(dāng)從電源汲取的電流太高時，響應(yīng)于電流檢測元件13降低各聲道中信號的幅度。用于降低各聲道中信號幅度的電壓降低裝置2-6最好配置在前置放大器P1-P6和主功率放大器7-11之間，用于在產(chǎn)生過負(fù)荷狀態(tài)時降低各信號幅度。
圖2表示用于放大器的模擬部分的電源12以及一用于限制電源電流的電路的詳細配置。對于圖1中所示的輸出功率放大器7-11，提供一具有輸入端16的單獨電源，將來自變壓器(未示出)的交流電壓U1施加到輸入端16，該變壓器連接到市電電壓，例如230伏/50赫。在整流電路BR1中將這一交流電壓進行整流并在中電解電容C1、C2中進行濾波，該電路提供例如為+/-50伏的電源電壓VCC+和VCC-，用于環(huán)繞聲放大器中的功率放大器。在整流電路BR1之前，配置一個較小的電容用于抑制噪聲電壓。
配置用于前置放大器且具有相應(yīng)輸入端的17的電源，將來自變壓器的交流電壓U2施加到輸入端17、電容Ci2和整流電路BR2。利用電容C3、C4對整流電路BR2的輸出電壓進行濾波，并利用集成電路IC1、IC2進一步穩(wěn)定，以提供例如為+/-15伏的穩(wěn)定電源電壓。該用于功率放大器和用于前置放大器的電源對地是對稱的。
在用于功率放大器的電源和功率放大器之間的正電源電壓的電流路徑中，在電容C1之后配置一具有兩個并聯(lián)電阻R1、R2的電流檢測元件，用于檢測電源提供的電流。由于負(fù)電源電壓VCC-的電流對應(yīng)于正電源電壓VCC+的電流，因此，僅需要一個電流檢測元件。
配置一個與兩個電阻R1、R2并聯(lián)的包括兩個晶體管T1、T2的電壓檢測電路。該其發(fā)射極連接到電阻R1、R2之后的電流路徑的晶體管T2，為晶體管T1的基極提供一個基準(zhǔn)電壓，該基準(zhǔn)電壓對應(yīng)于VCC+。晶體管T1的發(fā)射極連接到電阻R1、R2之前的電流路徑。因此當(dāng)電流通過電阻R1、R2流動很低時，這兩個電阻之上的電壓降是可忽略的，因此，晶體管T1關(guān)斷(close)。
當(dāng)通過電阻R1、R2的電流升高時，這兩個電阻之上的電壓降也升高，因此，晶體管T1的發(fā)射極端和基極端之間的的電壓也升高。然后，晶體管T1導(dǎo)通并經(jīng)過其集電極提供電壓信息，用于降低聲道信號的幅度。
將+/-15伏的電源電壓分別經(jīng)過電阻R3和R4施加到輸出端18和19。根據(jù)晶體管T1配置晶體管T3和T4。當(dāng)晶體管T1關(guān)斷時，晶體管T3的基極電壓基本上接地，因此晶體管T3也關(guān)斷。因此在輸出端18上的輸出電壓LIM+高為+15伏。當(dāng)晶體管T1導(dǎo)通時，晶體管T3也處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此降低了LIM+，因為晶體管T3然后在電阻R3上產(chǎn)生電壓降。
晶體管T4的基極經(jīng)過電阻R5和二極管D13連接到輸出端18，經(jīng)過電阻R6連接到輸出端19。晶體管T4的發(fā)射極連接到地，其集電極連接到輸出端19。電阻R5和電阻R6形成一個用于晶體管T4的基極的分壓器，并進行調(diào)節(jié)以便當(dāng)電壓LIM+高時，例如晶體管T4的基極處于地電位使晶體管T4剛好關(guān)斷。當(dāng)電壓LIM+下降時，晶體管T4的基極電壓變負(fù)，其與晶體管T3對應(yīng)關(guān)斷晶體管T4，因此還提供降低的電壓LIM-。
可以這樣配置晶體管級T1、T2經(jīng)過電阻提供預(yù)定閾值，使得低于該閾值晶體管T1就不導(dǎo)通。僅當(dāng)在電阻R1和R2上的電壓太高時，限制器電路才起作用。例如放大器具有6個聲道，該技術(shù)規(guī)范要求對于6個聲道的所有放大器為100瓦。由于正電源電壓VCC+和負(fù)電源電壓VCC-對地是對稱的，每個提供相同的功率，對于正電源電壓VCC+的功率要求是6×50瓦＝300瓦。當(dāng)正電源電壓VCC+例如為50伏時對應(yīng)的電流為6安。因此可以這樣配置電阻R1和R2及晶體管T1和T2，即6.5安的電流流過電阻R1和R2，在該閾值下限制器電路才起作用。
電壓LIM+和LIM-用于降低須放大的聲道信號的幅度，參照圖3對此進行解釋。在圖3中，如參照圖1所示的前置放大器P1-P6具有用于6個聲道的信號進行前置放大的各自的輸入端IN1IN6。在用于每個聲道的前置放大器P1-P6之后且在功率放大器7-11之前各施加一限制電路。對于每個聲道，經(jīng)過各自的二極管D1-D12施加電壓LIM+和LIM-，二極管D1-D12的極性是這樣的，即當(dāng)輸出電壓高于LIM+或低于LIM-時，將每個前置放大器P1-P6的輸出電壓分別限幅或限制。若用于功率放大器的電源的輸出電流太高，經(jīng)過電壓LIM+和LIM-，使功率放大器7-11的輸入電壓相應(yīng)降低，因此避免環(huán)繞聲放大器的過負(fù)荷狀態(tài)。
因此如在圖2和3中所示的電流限制器為了提供過負(fù)荷保護僅需要幾個便宜的部件，而不需要修改放大器部分。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明的其它實施例也是可以的和明顯的。例如前置放大器的輸出電壓通過將晶體管連接到前置放大器P1-P6各自的輸出端可以降低，或者可以利用電壓受控的電阻取代二極管。此外取代使用電流檢測電阻，可以利用線圈和其它裝置來測量電源的電流路徑中的電流。對于連續(xù)工作取決于電流檢測電阻上的電壓，電流限制電路可以在高于某一閾值時或與任何閾值無關(guān)地起作用。最好將電壓限制值LIM+和LIM-施加到所有聲道，例如通常具有最高輸出功率的聲道也是可以的。
權(quán)利要求
1.一種帶有電源(12)的用于放大幾個音頻信號(IN1-IN6)的放大器，包括電流檢測元件(13)，用于檢測該電源的電流路徑中的電流；檢測電路(14)，響應(yīng)于電流檢測元件；以及電壓降低裝置(2-6)，用于響應(yīng)于所述檢測電路降低至少一個所述音頻信號的信號的幅度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，該檢測電路(14)包括一閾值電路(T1，T2)，用于當(dāng)該電源的電流路徑中的電流在一預(yù)定閾值之上時，降低至少一個所述音頻信號的幅度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的放大器，其特征在于，所述每個電壓降低裝置(2-6)配置在前置放大器(P1-P6)和功率放大器(7-11)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的放大器，其特征在于，將正和負(fù)電壓限制值(LIM+，LIM-)特別是經(jīng)過所述電壓降低裝置(2-6)中的二極管(D1-D12)施加到音頻信號的信號路徑上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的放大器，其特征在于，用于前置放大器的正和負(fù)電源電壓(+15伏，-15伏)經(jīng)過電阻(R3，R4)和二極管(D1-D12)提供到所述信號路徑上，若該電源的電流路徑中的電流低于預(yù)定的閾值，則檢測電路(T1，T2)這樣配置；而若該電源的電流路徑中的電流高于預(yù)定的閾值，對應(yīng)于所述電流路徑中的電流降低，將正和負(fù)電壓限制值(LIM+，LIM-)施加到所述信號路徑上。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的放大器，其特征在于，所述電流檢測元件(13)是一用于檢測該電源的電流路徑中的電流的電阻(R1，R2)，以及所述電流檢測元件(13)是一與所述電阻(R1，R2)并聯(lián)的電壓檢測電路(T1，T2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求所述的放大器，其特征在于，該電壓檢測電路(T1，T2)包括第一晶體管級，用于響應(yīng)于所述電阻上的電壓來提供閾值；以及第二晶體管級(T3，T4)，用于當(dāng)所述電阻(R1，R2)上的電壓在所述閾值之上時，對稱地降低電壓限制值(LIM+，LIM-)。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的放大器，其特征在于，所述電源包括用于功率放大器(7-11)的電源電壓發(fā)生電路(VCC+，VCC-)，以及該電阻(R1，R2)是一在所述電源電壓發(fā)生電路的電源端和功率放大器(7-11)電源電壓輸入端之間的電流檢測電阻。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的放大器，其特征在于，該放大器是一個具有并列的聲道(IN1-IN6)的環(huán)繞聲放大器。
10.一種帶有電源(12)的用于放大音頻信號(IN1-IN6)的放大器，包括電流檢測元件(13)，用于檢測該電源的電流路徑中的電流；檢測電路(14)，響應(yīng)于電流檢測元件；以及信號降低裝置(2-6)，用于響應(yīng)于所述檢測電路降低所述音頻信號(IN1-IN6)的信號幅度。
全文摘要
一種放大器,包括:電源(12);電流檢測元件(13),用于檢測該電源的電流路徑中的電流;檢測電路(14),響應(yīng)于電流檢測元件;以及電壓降低裝置(2－6),用于響應(yīng)于所述檢測電路,降低至少一個所述音頻信號的信號幅度。在一優(yōu)選實施例中該檢測電路(14)包括一閾值電路,用于當(dāng)該電源(12)的電流路徑中的電流在一預(yù)定閾值之上時,和電壓降低裝置一起降低至少一個所述音頻信號的幅度。該電流檢測元件(13)例如是一電流檢測電阻,以及該檢測電路(14)是一與電阻這一并聯(lián)的電壓檢測電路。該電壓降低裝置(2－6)最好對于每個聲道包括兩個二極管,經(jīng)過該二極管將正和負(fù)電壓限制值施加到音頻信號的信號路徑上。
文檔編號H03G11/00GK1389981SQ0212029
公開日2003年1月8日 申請日期2002年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月31日
發(fā)明者林軍輝 申請人:湯姆森特許公司