專利名稱：音頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于音響技術(shù)領(lǐng)域的一種音頻功率放大器。
背景技術(shù)：
音頻功率放大器在音響系統(tǒng)中是至關(guān)重要的，它要將前置放大器的輸入信號進(jìn)行放大，產(chǎn)生足夠大的輸出功率推動揚聲器系統(tǒng)放音。因此，音頻功率放大器的設(shè)計對整個音響系統(tǒng)品質(zhì)的影響也是舉足輕重的。傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器由輸入級、電壓放大級、電流放大級及負(fù)反饋回路組成，這種模擬功率放大器，由于使用的都是非線形的放大器件。因此，存在較大的失真，包括頻率失真、相位失真等，為了降低各種失真對音質(zhì)造成的不良影響，在功率放大器中多處采用了負(fù)反饋電路，這些負(fù)反饋電路，一方面降低了各種失真造成的不良影響，另一方面，當(dāng)處理不當(dāng)時，又會產(chǎn)生自激振蕩和瞬時互調(diào)失真，這是致命的原理性失真，在模擬系統(tǒng)中是無法采取有效措施來解決的。同時，模擬音頻功率放大器還容易受到外界的干擾而使其自身的信噪比降低。模擬音頻功率放大器性能的提高受材料、器件、線路等多方面因素的影響，雖然可通過多方面的努力來謀求品質(zhì)的提高，但是，為了實現(xiàn)這一點，成本也大量地增加。為了克服傳統(tǒng)模擬音頻技術(shù)的缺點，人們把數(shù)字電路技術(shù)引入到音響技術(shù)領(lǐng)域，把連續(xù)的模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成時間上離散的、幅值上只有“1”和“0”恒定變化的脈沖系列，這些信號較模擬信號更易處理，由此得到優(yōu)良的電聲性能。數(shù)字音頻功率放大器是由A/D轉(zhuǎn)換器、DSP數(shù)字信號處理器、驅(qū)動電路、開關(guān)功率放大器和LC低通濾波器組成，它將模擬音頻信號變成數(shù)字音頻信號，經(jīng)數(shù)字化的聲場處理后，由驅(qū)動電路驅(qū)動功率放大電路進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，由于揚聲器不接受數(shù)字信號，由LC低通濾波器變成模擬音頻信號后推動揚聲器工作。數(shù)字音頻功率放大器較模擬功率放大器的品質(zhì)有了很大地提高，但，它也是有缺點的，它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、成本高、諧波失真大、電磁兼容性不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、失真小、信噪比高的音頻功率放大器。
本發(fā)明的目的是由下述技術(shù)方案實現(xiàn)的，該音頻功率放大器由數(shù)字濾波器、D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器和模擬電流放大級組成，其中，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓高于15V，其采樣頻率高于32KHZ，其分辨率為16-24bit。本發(fā)明所提供的音頻功率放大器工作原理如下由數(shù)字濾波器對數(shù)字音頻信號進(jìn)行選通、插補數(shù)學(xué)運算處理后，送D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，該信號經(jīng)低通濾波器濾去高頻成分后，進(jìn)入模擬電流放大級放大，形成功率放大的模擬音頻信號，推動揚聲器工作。進(jìn)入該音頻功率放大器的信號如是模擬音頻信號，可先經(jīng)過低通濾波器濾波，再送A/D轉(zhuǎn)換器將模擬音頻信號變成數(shù)字信號后，經(jīng)DSP數(shù)字信號處理器，進(jìn)行數(shù)字編碼后即成為數(shù)字音頻信號，再送入該音頻功率放大器。由于本發(fā)明采用了輸出電壓高于15V的D/A轉(zhuǎn)換器?？奢敵鲚^高的模擬電壓信號，就可省略功率放大器的輸入級和電壓放大級直接驅(qū)動模擬電流放大級，而省略掉功率放大器的輸入級和電壓放大級，也就省去了為了增加輸入級和電壓放大級的穩(wěn)定性和減少失真、噪聲而從電流放大級引入的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，避免了由于負(fù)反饋處理不當(dāng)帶來的自激振蕩和瞬間互調(diào)失真問題，由于省略了電壓放大級，從電路內(nèi)部降低了對噪聲的放大，提高了信噪比，使音頻功率放大器的抗干擾能力大大增強。
本發(fā)明所提供的音頻功率放大器采用了精度為16-24bit的D/A轉(zhuǎn)換器，精度大大提高。因為，如采用的是單純均勻量化時、數(shù)字系統(tǒng)的尼奎斯特頻率以下頻帶中的量化噪聲取決于字長，因此，可因提高D/A轉(zhuǎn)換器的精度而降低量化噪聲，可大大提高功率放大器信噪比，提高D/A轉(zhuǎn)換器的精度還可降低諧波失真率。理論上認(rèn)為，對于D/A轉(zhuǎn)換器精度每增加1比特，信噪比就可增加6dB。本發(fā)明中還采用了高于32KHZ的采樣頻率，因為，在尼奎斯特頻率以下頻帶中量化噪聲的總能量是由字長決定的，在字長不變的情況下，如提高采樣頻率，則單位頻段上量化噪聲的電平就會變小，從而進(jìn)一步降低了量化噪聲，使音頻功率放大器的音質(zhì)變的更好。由于采用了超取樣數(shù)字濾波技術(shù)，尼奎斯特頻率遠(yuǎn)大于20KHZ，頻率范圍將由電流放大級決定。本發(fā)明所提供的音頻功率放大器將比模擬功率放大器高出一個數(shù)量級，可以與現(xiàn)代的高級信號源更好地匹配。本發(fā)明所提供的音頻功率放大器結(jié)合了模擬音頻功率放大器和數(shù)字音頻功率放大器的優(yōu)點，使線路更簡潔，且組裝、調(diào)試、維修工作都簡單，節(jié)約了成本。
本發(fā)明所提供的音頻功率放大器具有線路簡潔、成本低、失真小、信噪比高和音質(zhì)好的優(yōu)點。


圖1、模擬音頻功率放大器的原理方框圖；圖2、本發(fā)明所提供的音頻功率放大器的原理方框圖；圖3、本發(fā)明所提供的音頻功率放大器的一個實施例的電原理圖；圖4、本發(fā)明中提高D/A轉(zhuǎn)換器輸出信號的一個實施例示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合

本發(fā)明的具體實施方式
。
從圖1可知，傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器由輸入極、電壓放大極和負(fù)反饋回路組成。由圖2可見，本發(fā)明提供的音頻功率放大器由數(shù)字濾波器、D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器和模擬電流放大級組成，該音頻功率放大器的輸入信號是數(shù)字音頻信號，如是模擬音頻信號，可通過低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP數(shù)字信號處理器幾步處理后變?yōu)閿?shù)字信號。本發(fā)明中，由輸出電壓高于15V的D/A轉(zhuǎn)換器代替了模擬音頻功率放大器的輸入級和電壓放大級。這里能否實現(xiàn)本發(fā)明，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出是關(guān)鍵。可通過以下方法使D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓高于15V。1、采用加大D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)電阻阻值、參考電壓源、參考電流源來提高量化步長的方式；2、采用提高量化字長即精度的方法提高輸出電壓的幅值；3、以電流方式輸出信號的D/A轉(zhuǎn)換器，在其輸出端采用鏡像電流源的方式將輸出信號放大。
對于采用的各參考電壓源或參考電流源，要求D/A轉(zhuǎn)換器芯片上的元件有更高的耐壓值，并對其保護(hù)電路進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。
參見圖3，其中數(shù)字音頻信號是通過同軸線從CD機(jī)中取出，送入數(shù)字濾波器為DF1704。本實施例中D/A轉(zhuǎn)換器采用雙聲道以電流方式輸出的D/A轉(zhuǎn)換器，在其輸出端采用鏡像電流源的方式將輸出信號放大，通過I/V轉(zhuǎn)換電阻將輸出信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，再通過阻容低通濾波器濾去高頻成分，其取樣頻率為96KHZ，量化精度為24bit。模擬電流放大級采用的是射級跟隨式電流放大級。
參見圖4，是在D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號電流上并聯(lián)第一精密恒流源I，恒流源電流值I比輸出信號i電流幅值略大，D/A轉(zhuǎn)換器的信號輸出端與一組由PNP電流鏡與NPN電流鏡組成的鏡像電流源相接，鏡像電流源的鏡像端接第二精密恒流源I′，電流/電壓轉(zhuǎn)換電阻R接在鏡像端與地之間，NPN電流鏡由n1個晶體管T1、T2、T2′…組成，n1大于2，其中晶體管T1接于基準(zhǔn)端，晶體管T2、T2′…等接于鏡象端；PNP電流鏡由n2個晶體管T3、T4、T4′…組成，n2大于2，其中晶體管T3接于基準(zhǔn)端，晶體管T4、T4′…等接于鏡象端。第二精密恒流源I′的電流值為第一精密恒流源電流值的(n1-1)(n2-1)倍。其工作原理如下D/A轉(zhuǎn)換器實際輸出i′＝i+I由于T1與T2、T2′…；T3、T4、T4′…是鏡像電流源，因此I2＝(n1-1)I1，I4＝(n2-1)I3由圖可知，I2＝I3，∴I4＝(n1-1)(n2-1)I1又∵I1＝i+I∴I4＝(n1-1)(n2-1)(I+i)
對于輸出節(jié)點，根據(jù)基爾霍夫電流定律I4-I′-Io＝0Io＝I4-I′＝(n1-1)(n2-1)(I+i)-(n1-1)(n2-1)I＝(n1-1)(n2-1)i至此，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號電流放大了(n1-1)(n2-1)倍，再經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換電阻R，輸出放大了的模擬信號。
在D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號電流上并聯(lián)的第一精密恒流源I可以采用軟件或硬件的方法加入，與D/A轉(zhuǎn)換器的信號輸出端相接的一組由PNP電流鏡與NPN電流鏡組成的鏡像電流源與鏡像電流源的鏡像端相接的第二精密恒流源，可以制成集成電路，也可將該部分芯片直接做在D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)。
本發(fā)明所提供的音頻功率放大器中模擬電流放大級的選擇也是很重要的，可以選擇甲類、乙類或超甲類等模擬電流放大級，數(shù)字濾波器應(yīng)采用超取樣濾波器。
權(quán)利要求
1.一種音頻功率放大器，其特征在于由數(shù)字濾波器、D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器和模擬電流放大級組成，由數(shù)字濾波器對數(shù)字音頻信號進(jìn)行選通、插補數(shù)學(xué)運算處理后，送D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，該信號經(jīng)低通濾波器濾去高頻成分后，進(jìn)入模擬電流放大級放大，形成功率放大的模擬音頻信號，推動揚聲器工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻功率放大器，其特征在于所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓高于15V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻功率放大器，其特征在于所述D/A轉(zhuǎn)換器的采樣頻率高于32KHZ，其分辨率為24bit。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻功率放大器，其特征在于在所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號上并聯(lián)一個第一精密恒流源，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端與一組由PNP電流鏡和NPN電流鏡構(gòu)成的鏡象電流源相接，鏡象電流源的基準(zhǔn)端與D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端相接；鏡象電流源的鏡象端接一個第二精密恒流源，I/V轉(zhuǎn)換電阻接在鏡象端與地之間，所述NPN電流鏡由n1個NPN晶體管組成，所述PNP電流鏡由n2個PNP晶體管組成，n1≥2、n2≥2，所述在鏡象電流源鏡象端上接的第二精密恒流源為所述第一精密恒流源電流值的(n1-1)(n2-1)倍。
全文摘要
本發(fā)明屬于音響技術(shù)領(lǐng)域的一種音頻功率放大器。它由數(shù)字濾波器、輸出電壓高于15V的D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器和模擬電流放大級組成。該音頻功率放大器將數(shù)字音頻信號經(jīng)數(shù)字濾波器濾波后，由D/A轉(zhuǎn)換器輸出高于15V的模擬電壓信號，再由低通濾波器去掉高頻成分，由模擬電流放大級放大，推動揚聲器工作。它具有線路簡潔、失真率低、信噪比高的優(yōu)點，兼有數(shù)字功放與模擬功放的優(yōu)點。
文檔編號H04S1/00GK1464764SQ0213520
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月11日
發(fā)明者宋明杰 申請人:宋明杰