專利名稱：功率放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于例如音頻裝置或音頻視頻(AV)裝置的功率放大器電路。
背景技術(shù)：
音頻裝置和音頻視頻(AV)裝置均包括功率放大器。有一種具有功率放大器和用于降低功率損耗和抑制在功率放大器中的熱量的產(chǎn)生的已知系統(tǒng)的功率放大器電路。
在功率放大器電路中的已知系統(tǒng)包括高壓電源和低壓電源。該已知系統(tǒng)響應(yīng)功率放大器的輸出信號的電壓從高電壓或低壓電源中選擇其中一個電源。已知系統(tǒng)使用所選擇的電源以將電力饋送給功率放大器。當功率放大器的輸出信號的電壓超過閾值時，使用高壓電源。否則，使用低壓電源。因此，該已知系統(tǒng)響應(yīng)功率放大器的輸出信號的電壓，實現(xiàn)了在高壓電源和低壓電源之間的轉(zhuǎn)換。
在功率放大器的輸出信號具有較小振幅以使用低壓電源的情況下，隨著低壓電源電壓的降低更能有效地抑制熱量的產(chǎn)生。在已知系統(tǒng)中，當?shù)蛪弘娫吹碾妷罕辉O(shè)置為相對較小的電平時，在高壓電源和低壓電源之間的轉(zhuǎn)換往往會出現(xiàn)錯誤。
功率放大器輸出信號的電壓根據(jù)所連接的揚聲器的阻抗而變化。因此，在輸出信號電壓和閾值之間的比較狀態(tài)取決于與功率放大器相連的揚聲器的阻抗。在該已知系統(tǒng)中，當具有相對低阻抗的揚聲器與功率放大器相連時，在高壓電源和低壓電源之間的轉(zhuǎn)換往往會出現(xiàn)錯誤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是提供這樣一種功率放大器電路，即其能夠正確地實現(xiàn)高壓電源和低壓電源之間的轉(zhuǎn)換，即使在低壓電源的電壓被設(shè)置為相對較小電平的情況下。
本發(fā)明的第二個目的是提供這樣一種功率放大器電路，即其能夠正確地實現(xiàn)高壓電源和低壓電源之間的轉(zhuǎn)換，即使在具有相對低阻抗的揚聲器與功率放大器電路相連的情況下。
本發(fā)明的第一個方面是提供一種功率放大器電路，包括功率放大器；開關(guān)器件，用于選擇性地將低壓電源或高壓電源與功率放大器相連；響應(yīng)從功率放大器中所輸出的電壓、產(chǎn)生信號電壓的裝置；基準電壓產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓和負電路側(cè)基準電壓；控制電路，用于將信號電壓與正電路側(cè)和負電路側(cè)基準電壓相比較，并且響應(yīng)比較結(jié)果控制開關(guān)器件，以當信號電壓的絕對值小于正電路側(cè)和負電路側(cè)基準電壓的絕對值時使低壓電源與功率放大器相連，以及當信號電壓的絕對值大于正電路側(cè)和負電路側(cè)基準電壓的絕對值使高壓電源與功率放大器相連；其中基準電壓產(chǎn)生電路包括第一電壓調(diào)節(jié)電路和第二電壓調(diào)節(jié)電路，所述第一電壓調(diào)節(jié)電路連接在低壓電源的正側(cè)和施加(subjected to)了負電位的第一電路點之間以產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓，所述第二電壓調(diào)節(jié)電路連接在低壓電源的負側(cè)和施加了正電位的第二電路點之間以產(chǎn)生負電路側(cè)基準電壓。
本發(fā)明的第二個方面以本發(fā)明的第一個方面為基礎(chǔ)，并且提供一種功率放大器電路，其中負電位等于在低壓電源負側(cè)的電壓；正電位等于在低壓電源正側(cè)的電壓。
本發(fā)明的第三個方面以本發(fā)明的第一個方面為基礎(chǔ)，并且提供一種功率放大器電路，其中負電位等于在高壓電源的負側(cè)的電壓；正電位等于在高壓電源的正側(cè)的電壓。
本發(fā)明的第四個方面以本發(fā)明的第一個方面為基礎(chǔ)，并且提供一種功率放大器電路，其中其中負電位等于在電源負側(cè)的電壓；正電位等于在電源正側(cè)的電壓。
本發(fā)明的第五個方面提供一種功率放大器電路，包括功率放大器；第一裝置，用于產(chǎn)生正電路側(cè)閾值電壓和負電路側(cè)閾值電壓；第二裝置，用于將從功率放大器輸出的信號電壓與由第一裝置產(chǎn)生的正電路側(cè)閾值電壓和負電路側(cè)閾值電壓相比較；第三裝置，響應(yīng)第二裝置的比較結(jié)果以當信號電壓在正電路側(cè)閾值電壓和負電路側(cè)閾值電壓之間的范圍以內(nèi)時，使第一電源激勵功率放大器；和當信號電壓在正電路側(cè)閾值電壓和負電路側(cè)閾值電壓之間的范圍以外時，使第二電源激勵功率放大器，其中第一電源兩端的電壓低于第二電源兩端的電源；其中第一裝置包括連接在施加了第一正電位的第一電路點和施加了第一負電位的第二電路點之間的、用于產(chǎn)生正電路側(cè)調(diào)節(jié)電壓的第一電壓調(diào)節(jié)電路，用于根據(jù)正電路側(cè)調(diào)節(jié)電壓產(chǎn)生正電路側(cè)閾值電壓的裝置，連接在施加了第二負電位的第三電路點和施加了第二正電位的第四電路點之間的、用于產(chǎn)生負電路側(cè)調(diào)節(jié)電壓的第二電壓調(diào)節(jié)電路，和用于根據(jù)負電路側(cè)調(diào)節(jié)電壓產(chǎn)生負電路側(cè)閾值電壓的裝置。
本發(fā)明的第六個方面以本發(fā)明的第五個方面為基礎(chǔ)，并且提供一種功率放大器電路，其中第一和第二正電位等于在第一電源的正側(cè)的電壓；第一和第二負電位等于在第一電源的負側(cè)的電壓。
本發(fā)明的第七個方面以本發(fā)明的第五個方面為基礎(chǔ)，并且提供一種功率放大器電路，其中第一正電位等于在第一電源的正側(cè)的電壓；第一負電位等于在第二電源的負側(cè)的電壓；其中第二正電位等于在第二電源的正側(cè)的電壓，第二負電位等于在第一電源的負側(cè)的電壓。
本發(fā)明的第八個方面以本發(fā)明的第五個方面為基礎(chǔ)，并且提供一種功率放大器電路，其中第一正電位等于在第一電源的正側(cè)的電壓；第一負電位等于在電源的負側(cè)的電壓；其中第二電位等于在電源的正側(cè)的電壓，第二負電位等于在第一電源的負側(cè)的電壓。


圖1是通用功率放大器的輸出信號電壓和在高壓電源的正側(cè)和負側(cè)的電壓的時域圖；圖2是在現(xiàn)有技術(shù)的功率放大器電路中的輸出信號電壓、在高壓電源的正側(cè)和負側(cè)的電壓、在低壓電源的正側(cè)和負側(cè)的電壓和閾值電壓的時域圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)的功率放大器電路的示圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的功率放大器電路的示圖；圖5是在圖4的功率放大器電路中的在基準電壓和在低壓電源正側(cè)的電壓之間的關(guān)系，和在現(xiàn)有技術(shù)的放大器電路中的相對應(yīng)關(guān)系的示圖；圖6是圖4的功率放大器電路中的輸出信號電壓、在高壓電源的正側(cè)和負側(cè)的電壓、在低壓電源的正側(cè)和負側(cè)的電壓和閾值電壓的時域圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的功率放大器電路的示圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的功率放大器電路的示圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的功率放大器電路中的基準電壓產(chǎn)生電路的示圖。
具體實施例方式
下面將說明現(xiàn)有技術(shù)的功率放大器電路以更好地理解本發(fā)明。
現(xiàn)有技術(shù)電路包括功率放大器、高壓電源和低壓電源?，F(xiàn)有技術(shù)電路響應(yīng)功率放大器的輸出信號電壓的絕對值從高壓電源和低壓電源中選擇其中一個電源?，F(xiàn)有技術(shù)電路使用所選擇的電源以將電力饋送給功率放大器。當功率放大器的輸出信號電壓的絕對值超過閾值時，使用高壓電源。否則，使用低壓電源。
圖1示出了在通用功率放大器的輸出信號電壓VOUT中的時域變化的示例。參照圖1，在通用功率放大器繼續(xù)被提供高電壓電力±VH的情況下，通用功率放大器產(chǎn)生由陰影區(qū)域表示的功率損耗。
參照圖2，當功率放大器的輸出信號電壓VOUT保持在限定在閾值電壓+VH和-VS之間的小振幅范圍內(nèi)時，現(xiàn)有技術(shù)電路使用低壓電源(±VL)以激勵功率放大器。當功率放大器的輸出信號電壓VOUT超出小振幅范圍時，現(xiàn)有技術(shù)電路使用高壓電源(±VH)以激勵功率放大器。功率放大器產(chǎn)生由圖2中的陰影區(qū)域表示的功率損耗。所產(chǎn)生的功率損耗小于圖1中的功率損耗，因此有效地抑制了熱量的產(chǎn)生。這些是在高壓電源和低壓電源之間的所提供的優(yōu)點。
圖3示出了由標號50表示的現(xiàn)有技術(shù)電路的組成。如圖3中所示，現(xiàn)有技術(shù)電路50包括一對施加(subjected to)模擬輸入信號或數(shù)字輸入信號的輸入端子1和2。現(xiàn)有技術(shù)電路50也包括電壓放大器E和功率放大器W。電壓放大器E被連接在輸入端子對和功率放大器W之間。電壓放大器E接收輸入端子1和2的輸入信號，并且放大該輸入信號以獲得放大的信號。電壓放大器E將所放大的信號饋送給功率放大器W。電壓放大器E包括運算放大器3，該運算放大器3具有一系列接收輸入信號的輸入級、中間級和用作功率放大器W的驅(qū)動器的末級。功率放大器W形成由功率晶體管Q1和Q2構(gòu)成的輸出級。組合的電阻器R4和R5與電壓放大器E和功率放大器W相連。電阻器R4和R5確定電壓放大器E和功率放大器W組合的增益。
現(xiàn)有技術(shù)電路50還包括構(gòu)成電源裝置29的高速功率開關(guān)器件(簡稱為高速開關(guān)器件)Q3和Q6、基準電路產(chǎn)生電路11和控制電路13。
高速開關(guān)器件(switching device)Q3和Q6從低壓電源±VL和高壓電源±VH中選擇其中一個電源，并且把所選擇的電源用作功率晶體管Q1和Q2(功率放大器W)的電源。
串聯(lián)連接在低壓電源的正側(cè)+VL和地(0V)之間的穩(wěn)壓二極管D7和電阻器R19產(chǎn)生正電壓側(cè)基準電壓+VSW。串聯(lián)連接在低壓電源的負側(cè)-VL和地(0V)之間的穩(wěn)壓二極管D8和電阻器R20產(chǎn)生負電壓側(cè)基準電壓-VSW。穩(wěn)壓二極管D7、D8和電阻器R19、R20構(gòu)成基準電壓產(chǎn)生電路11。
控制電路13接收從功率放大器W中所輸出的電壓VOUT。輸出電壓VOUT被為控制電路13能夠檢測到的信號電壓?？刂齐娐?3從基準電壓產(chǎn)生電路11接收基準電壓±VSW?？刂齐娐?3將信號電壓與基準電壓±VSW進行比較，并且根據(jù)比較結(jié)果有選擇地導(dǎo)通和截止高速開關(guān)器件Q3和Q6。當信號電壓在基準電壓±VSW之間的范圍內(nèi)時，控制電路13將高速開關(guān)器件Q3和Q6設(shè)置在截止狀態(tài)下，以使低壓電源±VL被選擇并且被用作功率晶體管Q1和Q2(功率放大器W)的電源；另一方面，當信號電壓在基準電壓±VSW之間的范圍以外時，控制電路13將高速開關(guān)器件Q3和Q6設(shè)置在導(dǎo)通狀態(tài)下以使高壓電源±VH被選擇并且被用作功率晶體管Q1和Q2(功率放大器W)的電源。
現(xiàn)有技術(shù)電路50具有一對電源端子21和22及另一對電源端子23和24。電源端子21引至高壓電源的正側(cè)+VH。電源端子22引至高壓電源的負側(cè)-VH。電源端子23引至低壓電源的正側(cè)+VL。電源端子24引至低壓電源的負側(cè)-VL。高速開關(guān)器件Q3連接在電源端子21和功率放大器W中的功率晶體管Q1的集電極之間。高速開關(guān)器件Q6連接在電源端子22和功率放大器W中的功率晶體管Q2的集電極之間。電源端子23通過二極管D5與功率晶體管Q1的集電極相連。電源端子24通過二極管D6與功率晶體管Q2的集電極相連。
在圖3中的現(xiàn)有技術(shù)電路50是為右聲道設(shè)計的。功率放大器W的輸出側(cè)通過相位補償電路6與右聲道揚聲器SP相連。相位補償電路6和右聲道揚聲器SP構(gòu)成功率放大器W上的負載。
正電路側(cè)基準電壓+VSW等于在低壓電源正側(cè)+VL電壓減去穩(wěn)壓二極管D7的擊穿電壓VZ(+VSW＝+VL-VZ)。負電壓側(cè)基準電壓-VSW等于在低壓電源負側(cè)-VL的電壓加上穩(wěn)壓二極管D8的擊穿電壓VZ(-VSW＝-VL+VZ)。
控制電路13具有偏置電路9和晶體管Q4的組合。偏置電路9通過二極管D1與功率放大器W的輸出側(cè)相連。晶體管Q4用于控制高速開關(guān)器件Q3。此外，控制電路13還具有偏置電路10和晶體管Q5的組合。偏置電路10通過二極管D2與功率放大器W的輸出側(cè)相連。晶體管Q5用于控制高速開關(guān)器件Q6。
當輸出電壓VOUT和正電路側(cè)基準電壓+VSW(VL-VZ)滿足下列關(guān)系式時，晶體管Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)。
VOUT＞VL-VZ+VF(D1)+VOFFSET(9)+VBE(Q4) …(1)其中VF(D1)、VOFFSET(9)和VBE(Q4)分別表示二極管D1兩端的正向電壓降、偏置電路9兩端的電壓降和在晶體管Q4的基極和發(fā)射極之間的電壓。當晶體管Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)并且高速開關(guān)器件Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)以使高壓電源的正側(cè)+VH與功率放大器W相連。在這種情況下，功率晶體管Q1的集電極被施加高壓電源正側(cè)+VH的電壓。
當輸出電壓VOUT和正電路側(cè)基準電壓+VSW(VL-VZ)不滿足上述關(guān)系式(1)時，晶體管Q4處于截止狀態(tài)。截止狀態(tài)晶體管Q4使高速開關(guān)器件Q3處于截止狀態(tài)。因此，二極管D5使低壓電源的正側(cè)+VL與功率放大器W相連而非與高壓電源的正側(cè)+VH相連。在這種情況下，功率晶體管Q1的集電極被施加低壓電源正側(cè)的電壓+VL。
當輸出電壓VOUT和負電路側(cè)基準電壓-VSW(-VL+VZ)就絕對值而言滿足下列關(guān)系式時，晶體管Q5處于導(dǎo)通狀態(tài)。
VOUT＞VL-VZ+VF(D2)+VOFFSET(10)+VBE(Q5) …(2)其中VF(D2)、VOFFSET(10)和VBE(Q5)分別表示二極管D2兩端的正向電壓降、偏置電路10兩端的電壓降和在晶體管Q5的基極和發(fā)射極之間的電壓。當晶體管Q5處于導(dǎo)通狀態(tài)并且高速開關(guān)器件Q6處于導(dǎo)通狀態(tài)以使高壓電源的負側(cè)-VH與功率放大器W相連。在這種情況下，功率晶體管Q2的集電極被施加高壓電源負側(cè)-VH的電壓。
當輸出電壓VOUT和負電路側(cè)基準電壓-VSW(-VL+VZ)就絕對值而言不滿足上述關(guān)系式(2)時，晶體管Q5處于截止狀態(tài)。截止狀態(tài)的晶體管Q5使高速開關(guān)器件Q6處于截止狀態(tài)。因此，二極管D6使低壓電源的負側(cè)-VL與功率放大器W相連而非與高壓電源的負側(cè)-VH相連。在這種情況下，功率晶體管Q2的集電極被施加在低壓電源負側(cè)的電壓-VL。
典型情況如下在功率晶體管Q1的集電極和發(fā)射極之間的飽和電壓VCESA約等于2V。二極管D5兩端的正向電壓降VF(D5)約等于2V。二極管D1兩端的正向電壓降VF(D1)約等于0.7V。偏置電路9兩端的電壓降VD(9)約等于7V。在晶體管Q4的基極和發(fā)射極之間的電壓VBE(Q4)約等于0.7V。電壓VCESA、VF(D5)、VF(D1)、VD(9)和VBE(Q4)的和約等于12.4V。穩(wěn)壓二極管D7的擊穿電壓VZ被設(shè)置為大于電壓VCESA、VF(D5)、VF(D1)、VD(9)和VBE(Q4)的和。例如，穩(wěn)壓二極管D7的擊穿電壓VZ約等于15V。
當輸出電壓VOUT的正側(cè)振幅較低時，隨著低壓電源正側(cè)電壓+VL的降低，能更有效地抑制熱量的產(chǎn)生。
對于家用而言，在大約15-20瓦特范圍內(nèi)的功率放大器W的功率輸出就足夠了。因此，在低壓電源±VL和高壓電源±VH之間的被設(shè)置如下當輸出電壓VOUT超過對應(yīng)于例如功率輸出為20瓦特的正電路側(cè)或負電路側(cè)的閾值時，低壓電源±VL由高壓電源±VH替代。
低壓電源的正側(cè)電壓+VL被設(shè)置為例如輸出電壓VOUT的峰值振幅、在晶體管Q1的集電極和發(fā)射極之間的飽和電壓VCESA以及二極管D5兩端的正向電壓降VF(D5)的和。在右聲道揚聲器SP的阻抗等于8Ω的情況下，以20瓦特的功率從功率放大器W所輸出的正弦波的峰值振幅約等于18V。在這種情況下，低壓電源的正側(cè)電壓+VL被設(shè)置為大約22V(18V+2V+2V)。如前面所表示的，基準電壓+VSW等于低壓電源的正側(cè)電壓+VL減去穩(wěn)壓二極管D7的擊穿電壓VZ(+VSW＝+VL-VZ)。因此，基準電壓+VSW約等于7V(22V-15V)。
在右聲道揚聲器SP的阻抗等于4Ω的情況下，以20瓦特的功率從功率放大器W所輸出的正弦波的峰值振幅約等于12.6V。在這種情況下，低壓電源的正側(cè)電壓+VL被設(shè)置為大約16.6V(12.6V+2V+2V)。因此，基準電壓+VSW約等于1.6V(16.6V-15V)。
AC線路電壓的波動和電源電路的變壓器的調(diào)節(jié)引起在低壓電源正側(cè)電壓+VL中的電壓降。由于上述因素，當?shù)蛪弘娫吹恼齻?cè)電壓+VL小于16.6V時，或當右聲道揚聲器SP的阻抗等于2Ω時，有可能要被設(shè)置的基準電壓+VSW低于0V。然而，由于基準電壓+VSW由串聯(lián)連接在低壓電源的正側(cè)+VL和地(0V)之間的穩(wěn)壓二極管D7和電阻器R19產(chǎn)生，所以很難將基準電壓+VSW設(shè)置為低于0V。這種可能的情況意味著電源轉(zhuǎn)換電路29不能正常工作，并且低壓電源+VL不能由高壓電源+VH替代。
在和基準電壓-VSW有關(guān)的負電路側(cè)中也出現(xiàn)了類似的情況。
第一實施例圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的功率放大器電路30。功率放大器電路30為右聲道而設(shè)計。
如圖4中所示，功率放大器電路30包括施加模擬輸入信號或數(shù)字輸入信號的一對輸入端子1和2。功率放大器電路30也包括電壓放大器E和功率放大器W。電壓放大器E連接在輸入端子對和功率放大器W之間。電壓放大器E從輸入端子1和2接收輸入信號并且放大輸入信號以獲得第一放大信號。電壓放大器E將第一放大信號饋送給功率放大器W。功率放大器W放大第一放大信號以獲得第二放大信號。功率放大器W通過相位補償電路6將第二放大信號饋送給右聲道揚聲器SP。相位補償電路6和右聲道揚聲器SP構(gòu)成功率放大器W的負載。
電壓放大器E包括運算放大器3，該運算放大器3具有一系列的施加輸入信號的輸入級、中間級和用作功率放大器W的驅(qū)動器的末級。功率放大器W形成由NPN功率晶體管Q1和PNP功率晶體管Q2構(gòu)成的輸出級。電阻器R4和R5的組合與電壓放大器E和功率放大器W相連。電阻器R4和R5確定電壓放大器和功率放大器W的組合的增益。
功率晶體管Q1的基極和功率晶體管Q2的基極與電壓放大器E的輸出側(cè)相連。功率晶體管Q1和Q2的發(fā)射極共射相連。在功率晶體管Q1和Q2的發(fā)射極之間的結(jié)點形成功率放大器W的輸出側(cè)(輸出端子)。功率放大器W的輸出側(cè)通過相位補償電路6引至右聲道揚聲器SP。
功率放大器電路30還包括構(gòu)成電源轉(zhuǎn)換裝置15的高速功率開關(guān)器件(簡稱高速開關(guān)器件)Q3和Q6、基準電壓產(chǎn)生電路12和控制電路13。
高速開關(guān)器件Q3和Q6例如使用MOSFET。高速開關(guān)器件Q3和Q6從低壓電源±VL和高壓電源±VH選擇其中一個電源，并且使用所選擇的電源作為功率晶體管Q1和Q2(功率放大器W)的電源。
基準電壓產(chǎn)生電路12根據(jù)低壓電源的正側(cè)電壓+VL和負側(cè)電壓-VL產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓+VSX和負電路側(cè)基準電壓-VSX。
控制電路13接收從功率放大器W所輸出的電壓VOUT。輸出電壓VOUT被轉(zhuǎn)換為控制電路13能夠檢測的信號電壓?？刂齐娐?3從基準電壓產(chǎn)生電路12接收基準電壓±VSX?？刂齐娐?3將信號電壓與基準電壓±VSX進行比較，并且根據(jù)比較結(jié)果選擇性地導(dǎo)通或截止高速開關(guān)器件Q3和Q6。當信號電壓在基準電壓±VSX之間的范圍內(nèi)時，控制電路13將高速開關(guān)器件Q3和Q6設(shè)置成截止狀態(tài)，以使低壓電源±VL被選擇并且被用作功率晶體管Q1和Q2(功率放大器W)的電源。另一方面，當信號電壓在基準電壓±VSX之間的范圍以外時，控制電路13將高速開關(guān)器件Q3和Q6設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)，以使高壓電源±VH被選擇并且被用作功率晶體管Q1和Q2(功率放大器W)的電源。
功率放大器電路30具有一對電源端子21和22及另一對電源端子23和24。電源端子21引至高壓電源的正側(cè)+VH。電源端子22引至高壓電源的負側(cè)-VH。電源端子23引至低壓電源的正側(cè)+VL。電源端子24引至低壓電源的負側(cè)-VL。高速開關(guān)器件Q3連接在電源端子21和功率放大器W中的功率晶體管Q1的集電極之間。高速開關(guān)器件Q6連接在電源端子22和功率放大器W中的功率晶體管Q2的集電極之間。電源端子23通過二極管D5與功率晶體管Q1的集電極相連。電源端子24通過二極管D6與功率晶體管Q2的集電極相連。
電壓放大器E與電源端子21和22相連。電壓放大器E由高壓電源±VH供電?；鶞孰妷寒a(chǎn)生電路12連接在電源端子23和24之間?；鶞孰妷寒a(chǎn)生電路12接收低壓電源的正側(cè)電壓+VL和負側(cè)電壓-VL。
基準電壓產(chǎn)生電路12包括串聯(lián)連接在電源端子23和24之間(即低壓電源的正側(cè)+VL和負側(cè)-VL之間)的電壓調(diào)節(jié)器件ZP和電流設(shè)置器件UP。電壓調(diào)節(jié)器件ZP和電流設(shè)置器件UP構(gòu)成用于產(chǎn)生用作正電路側(cè)基準電壓+VSX的調(diào)節(jié)電壓(regulated voltage)的電壓調(diào)節(jié)電路。更具體地說，在電壓調(diào)節(jié)器件ZP和電流設(shè)置器件UP之間的結(jié)點M1，產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓+VSX。電壓調(diào)節(jié)器件ZP包括例如穩(wěn)壓二極管D7。電流設(shè)置器件UP包括例如電阻器R19。
基準電壓產(chǎn)生電路12也包括串聯(lián)連接在電源端子23和24之間(低壓電源的正側(cè)+VL和負側(cè)-VL之間)的電壓調(diào)節(jié)器件ZN和電流設(shè)置器件UN。電壓調(diào)節(jié)器件ZN和電流設(shè)置器件UN構(gòu)成電壓調(diào)節(jié)電路以產(chǎn)生用作負電路側(cè)基準電壓-VSX的調(diào)節(jié)電壓。更具體地說，在電壓調(diào)節(jié)器件ZN和電流設(shè)置器件UN之間的結(jié)點M2，產(chǎn)生負電路側(cè)基準電壓-VSX。電壓調(diào)節(jié)器件ZN包括例如穩(wěn)壓二極管D8。電流設(shè)置器件UN包括例如電阻器R20。
控制電路13具有偏置電路9和晶體管Q4的組合。偏置電路9通過二極管D1與功率放大器W的輸出側(cè)相連。晶體管Q4用于控制高速開關(guān)器件Q3。此外，控制電路13具有偏置電路10和晶體管Q5的組合。偏置電路10通過二極管D2與功率放大器W的輸出側(cè)相連。晶體管Q5用于控制高速開關(guān)器件Q6。
正電路側(cè)基準電壓+VSX等于低壓電源正側(cè)+VL的電壓減去穩(wěn)壓二極管D7的擊穿電壓VZ(+VSX＝VL-VZ)。負電路側(cè)基準電壓-VSX等于低壓電源負側(cè)-VL的電壓加上穩(wěn)壓二極管D8的擊穿電壓VZ(-VSX＝-VL+VZ)。
當輸出電壓VOUT和正電路側(cè)基準電壓+VSX(VL-VZ)滿足下列關(guān)系式時，晶體管Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)。
VOUT＞VL-VZ+VF(D1)+VOFFSET(9)+VBE(Q4) …(3)其中VF(D1)、VOFFSET(9)和VBE(Q4)分別表示二極管D1兩端的正向電壓降、偏置電路9兩端的電壓降和在晶體管Q4的基極和發(fā)射極之間的電壓。當晶體管Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)時，高速開關(guān)器件Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)，以使高壓電源的正側(cè)+VH與功率放大器W相連。在這種情況下，功率晶體管Q1的集電極被施加高壓電源正側(cè)+VH的電壓。
當輸出電壓VOUT和正電路側(cè)基準電壓+VSW(VL-VZ)不滿足上述關(guān)系式(3)時，晶體管Q4處于截止狀態(tài)。截止狀態(tài)的晶體管Q4使高速開關(guān)器件Q3處于截止狀態(tài)。因此，二極管D5使低壓電源的正側(cè)+VL與功率放大器W相連而非與高壓電源的正側(cè)+VH相連。在這種情況下，功率晶體管Q1的集電極被施加在低壓電源正側(cè)的電壓+VL。
當輸出電壓VOUT和負電路側(cè)基準電壓-VSX(-VL+VZ)就絕對值而言滿足下列關(guān)系式時，晶體管Q5處于導(dǎo)通狀態(tài)。
VOUT＞VL-VZ+VF(D2)+VOFFSET(10)+VBE(Q5) …(4)其中VF(D2)、VOFFSET(10)和VBE(Q5)分別表示二極管D2兩端的正向電壓降、偏置電路10兩端的電壓降和在晶體管Q5的基極和發(fā)射極之間的電壓。當晶體管Q5處于導(dǎo)通狀態(tài)時，高速開關(guān)器件Q6也處于導(dǎo)通狀態(tài)，以使高壓電源的負側(cè)-VH與功率放大器W相連。在這種情況下，功率晶體管Q2的集電極被施加高壓電源負側(cè)-VH的電壓。
當輸出電壓VOUT和負電路側(cè)基準電壓-VSW(-VL+VZ)就絕對值而言不滿足上述關(guān)系式(4)時，晶體管Q5處于截止狀態(tài)。截止狀態(tài)的晶體管Q5使高速開關(guān)器件Q6處于截止狀態(tài)。因此，二極管D6使低壓電源的負側(cè)-VL與功率放大器W相連而非與高壓電源的負側(cè)-VH相連。在這種情況下，功率晶體管Q2的集電極被施加在低壓電源負側(cè)的電壓-VL。
基準電壓+VSX出現(xiàn)在穩(wěn)壓二極管D7和電阻器R19之間的結(jié)點M1，該穩(wěn)壓二極管D7和電阻器R19串聯(lián)連接在電源端子23和24之間(即在低壓電源的正側(cè)+VL和負側(cè)-VL之間)。因此，能夠?qū)⒒鶞孰妷?VSX設(shè)置為低于0V。因此，即使在穩(wěn)壓二極管D7具有15V擊穿電壓的情況下，基準電壓+VSX也可被正確地設(shè)置，并且低壓電源的正側(cè)電壓+VL可相對較低而不影響在高壓電源±VH和低壓電源±VL之間的轉(zhuǎn)換。同樣地，基準電壓-VSX可被正確地設(shè)置，并且低壓電源負側(cè)電壓-VL的絕對值可相對較小而不影響在高壓電源±VH和低壓電源±VL之間的轉(zhuǎn)換。
參照圖5，隨著正側(cè)電壓+VL從20V降到13V，基準電壓+VSX也從5V降到-2V。因此，能夠?qū)⒒鶞孰妷?VSX設(shè)置為低于0V。另一方面，隨著正側(cè)電壓+VL從20V降到13V，圖3的現(xiàn)有技術(shù)電路中的基準電壓+VSW從5V降到0V，并且保持在0V。因此，在圖3的現(xiàn)有技術(shù)電路中，很難將基準電壓+VSW設(shè)置為低于0V。
當右道揚聲器SP的阻抗等于4Ω或2Ω時，以20瓦特的功率從功率放大器W中所輸出的正弦波的峰值振幅約等于10V。AC線路電壓中的波動和電源電路中的變壓器的調(diào)節(jié)使低壓電源的正側(cè)電壓+VL和負側(cè)電壓-VL的絕對值下降。
即使在右道揚聲器SP的阻抗等于4Ω或2Ω并且出現(xiàn)低壓電源的正側(cè)電壓+VL和負側(cè)電壓-VL的絕對值下降的情況下，基準電壓±VSX也可以是適當?shù)氖沟迷诟邏弘娫?VH和低壓電源±VL之間的轉(zhuǎn)換保持正常?；鶞孰妷?VSX的適當值沿負向方向與原始值相分離?；鶞孰妷?VSX的適當值沿正向方向與原始值相分離。
參照圖6，正電路側(cè)閾值電壓+VS被給定如下+VS＝VL-VZ+VBE+VOFFSET+VF …(5)其中，VF、VOFFSET和VBE分別表示二極管D1兩端的正向電壓降、偏置電路9兩端的電壓降和在晶體管Q4的基極和發(fā)射極之間的電壓。正電路側(cè)基準電壓+VSX等于“VL-VZ”。當輸出電壓VOUT高于正電路側(cè)閾值電壓+VS時，即當VOUT-(VBE+VOFFSET+VF)＞+VSX時，晶體管Q4和高速開關(guān)器件Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)以使高壓電源的正側(cè)電壓+VH施加到功率放大器W。否則，晶體管Q4和高速開關(guān)器件Q3處于截止狀態(tài)以使低壓電源的正側(cè)電壓+VL施加到功率放大器W。
參照圖6，負電路側(cè)閾值電壓-VS被給定如下-VS＝-(VL-VZ+VBE+VOFFSET+VF) …(6)其中，VF、VOFFSET和VBE分別表示二極管D2兩端的正向電壓降、偏置電路10兩端的電壓降和在晶體管Q5的基極和發(fā)射極之間的電壓。負電路側(cè)基準電壓-VSX等于“-VL+VZ”。當輸出電壓VOUT低于負電路側(cè)閾值電壓-VS時，即當VOUT+(VBE+VOFFSET+VF)＜-VSX時，晶體管Q5和高速開關(guān)器件Q6處于導(dǎo)通狀態(tài)以使高壓電源的負側(cè)電壓-VH施加到功率放大器W。否則，晶體管Q5和高速開關(guān)器件Q6處于截止狀態(tài)以使低壓電源的負側(cè)電壓-VL施加到功率放大器W。
如從前面的描述中可以理解的，電源轉(zhuǎn)換裝置15產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓+VSX和負電路側(cè)基準電壓-VSX。此外，電源轉(zhuǎn)換裝置15根據(jù)正電路側(cè)基準電壓+VSX產(chǎn)生正電路側(cè)閾值電壓+VS，和根據(jù)負電路側(cè)基準電壓-VSX產(chǎn)生負電路側(cè)閾值電壓-VS。電源轉(zhuǎn)換裝置15將輸出電壓VOUT與正電路側(cè)閾值電壓+VS和負電路側(cè)閾值電壓-VS進行比較。當輸出電壓VOUT在正電路側(cè)閾值電壓+VS和負電路側(cè)閾值電壓-VS之間的范圍以內(nèi)時，電源轉(zhuǎn)換裝置15選擇并且使用低壓電源±VL用做激勵功率放大器W的電源。另一方面，當輸出電壓VOUT在上述范圍以外時，電源轉(zhuǎn)換裝置15選擇并且使用高壓電源±VH用做激勵功率放大器W的電源。
第二實施例圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的功率放大器電路40。功率放大器電路40與功率放大器電路30(見圖4)類似，除了下述的設(shè)計變化以外。
如圖7中所示，功率放大器電路40包括替代基準電壓產(chǎn)生電路12(見圖4)的基準電壓產(chǎn)生電路14。
基準電壓產(chǎn)生電路14根據(jù)高壓電源±VH和低壓電源±VL的電壓產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓+VSY和負電路側(cè)基準電壓-VSY。替代基準電壓±VSX(見圖4)，基準電壓±VSY被使用。
基準電壓產(chǎn)生電路14包括串聯(lián)連接在電源端子22和23之間(即在高壓電源的負側(cè)-VH和低壓電源的正側(cè)+VL之間)的電壓調(diào)節(jié)器件ZP和電流設(shè)置器件UP。電壓調(diào)節(jié)器件ZP和電流設(shè)置器件UP構(gòu)成電壓調(diào)節(jié)電路以產(chǎn)生用做正電路側(cè)基準電壓+VSY的調(diào)節(jié)電壓。更具體地說，在電壓調(diào)節(jié)器件ZP和電流設(shè)置器件UP之間的結(jié)點M3，產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓+VSY。電壓調(diào)節(jié)器件ZP包括例如穩(wěn)壓二極管D7。電流設(shè)置器件UP包括例如電流調(diào)節(jié)二極管(CRD)36。
基準電壓產(chǎn)生電路14也包括串聯(lián)連接在電源端子21和24之間(即在高壓電源的正側(cè)+VH和低壓電源的負側(cè)-VL之間)的電壓調(diào)節(jié)器件ZN和電流設(shè)置器件UN。電壓調(diào)節(jié)器件ZN和電流設(shè)置器件UN構(gòu)成電壓調(diào)節(jié)電路以產(chǎn)生用做負電路側(cè)基準電壓-VSY的調(diào)節(jié)電壓。更具體地說，在電壓調(diào)節(jié)器件ZN和電流設(shè)置器件UN之間的結(jié)點M4，產(chǎn)生負電路側(cè)基準電壓-VSY。電壓調(diào)節(jié)器件ZN包括例如穩(wěn)壓二極管D8。電流設(shè)置器件UN包括例如電流調(diào)節(jié)二極管(CRD)35。
第三實施例圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的功率放大器電路42。功率放大器電路42與功率放大器電路30(見圖4)類似，除了下述的設(shè)計變化以外。
如圖8中所示，功率放大器電路42包括替代基準電壓產(chǎn)生電路12(見圖4)的基準電壓產(chǎn)生電路17。
基準電壓產(chǎn)生電路17根據(jù)低壓電源±VL和第三電源±VX的電壓產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓+VSZ和負電路側(cè)基準電壓-VSZ。替代基準電壓±VSX(見圖4)，基準電壓±VSZ被使用。
基準電壓產(chǎn)生電路17包括串聯(lián)連接在低壓電源的正側(cè)+VL和第三電源的負側(cè)-VX之間的電壓調(diào)節(jié)器件ZP和電流設(shè)置器件UP。電壓調(diào)節(jié)器件ZP和電流設(shè)置器件UP構(gòu)成電壓調(diào)節(jié)電路以產(chǎn)生用做正電路側(cè)基準電壓+VSZ的調(diào)節(jié)電壓。更具體地說，在電壓調(diào)節(jié)器件ZP和電流設(shè)置器件UP之間的結(jié)點M5，產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓+VSZ。電壓調(diào)節(jié)器件ZP包括例如穩(wěn)壓二極管D7。電流設(shè)置器件UP包括例如電流調(diào)節(jié)二極管(CRD)36。
基準電壓產(chǎn)生電路17也包括串聯(lián)連接低壓電源的負側(cè)-VL和第三電源的正側(cè)+VX之間的電壓調(diào)節(jié)器件ZN和電流設(shè)置器件UN。電壓調(diào)節(jié)器件ZN和電流設(shè)置器件UN構(gòu)成電壓調(diào)節(jié)電路以產(chǎn)生用做負電路側(cè)基準電壓-VSZ的調(diào)節(jié)電壓。更具體地說，在電壓調(diào)節(jié)器件ZN和電流設(shè)置器件UN之間的結(jié)點M6，產(chǎn)生負電路側(cè)基準電壓-VSZ。電壓調(diào)節(jié)器件ZN包括例如穩(wěn)壓二極管D8。電流設(shè)置器件UN包括例如電流調(diào)節(jié)二極管(CRD)35。
在第三電源的正側(cè)+VX的電壓的絕對值等于或不同于在第三電源的負側(cè)-VX的電壓的絕對值。
第四實施例本發(fā)明的第四實施例類似于本發(fā)明的第一實施例，除了下述的設(shè)計變化以外。本發(fā)明的第四實施例包括圖9中所示的基準電壓產(chǎn)生電路18?；鶞孰妷寒a(chǎn)生電路18替代基準電壓產(chǎn)生電路12(見圖4)。
參照圖9，基準電壓產(chǎn)生電路18根據(jù)低壓電源±VL和第三電源±VX的電壓產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓+VSV和負電路側(cè)基準電壓-VSV。代替基準電壓±VSX(見圖4)，基準電壓±VSV被使用。
基準電壓產(chǎn)生電路18包括串聯(lián)連接在低壓電源的正側(cè)+VL和第三電源的負側(cè)-VX之間的穩(wěn)壓二極管D7和電阻器R19。電阻器R19可由電流調(diào)節(jié)二極管(CRD)替代?；鶞孰妷寒a(chǎn)生電路18還包括NPN晶體管Q11和電阻器R50。晶體管Q11的基極與在穩(wěn)壓二極管D7和電阻器R19之間的結(jié)點相連。晶體管Q11的集電極與低壓電源的正側(cè)+VL相連。晶體管Q11的發(fā)射極通過電阻器R50與第三電源的負側(cè)-VX相連。穩(wěn)壓二極管D7、晶體管Q11和電阻器R19、R50構(gòu)成電壓調(diào)節(jié)電路以產(chǎn)生用做正電路側(cè)基準電壓+VSV的調(diào)節(jié)電壓。更具體地說，在晶體管Q11和電阻器R50之間的結(jié)點M7，產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓+VSV。
基準電壓產(chǎn)生電路18也包括串聯(lián)連接在低壓電源的負側(cè)-VL和第三電源的正側(cè)+VX之間的穩(wěn)壓二極管D8和電阻器R20。電阻器R20可由電流調(diào)節(jié)二極管(CRD)替代。基準電壓產(chǎn)生電路18還包括PNP晶體管Q12和電阻器R51。晶體管Q12的基極與在穩(wěn)壓二極管D8和電阻器R20之間的結(jié)點相連。晶體管Q12的集電極與低壓電源的負側(cè)-VL相連。晶體管Q12的發(fā)射極通過電阻器R51與第三電源的正側(cè)+VX相連。穩(wěn)壓二極管D8、晶體管Q12和電阻器R20、R51構(gòu)成電壓調(diào)節(jié)電路以產(chǎn)生用做負電路側(cè)基準電壓-VSV的調(diào)節(jié)電壓。更具體地說，在晶體管Q12和電阻器R51之間的結(jié)點M8，產(chǎn)生負電路側(cè)基準電壓-VSV。
在第三電源的正側(cè)+VX的電壓的絕對值等于或不同于在第三電源的負側(cè)-VX的電壓的絕對值。
本發(fā)明的優(yōu)點電源變換器件響應(yīng)輸出電壓VOUT從高壓電源±VH和低壓電源±VL中選擇其中一個電源，并且使用所選擇的電源作為在功率放大器W中的晶體管Q1和Q2的電源。因此，當功率放大器W的輸出信號具有較小振幅時，能夠降低功率損耗。功率損耗的降低抑制了熱量的產(chǎn)生。
在低壓電源正側(cè)+VL和負側(cè)-VL的電壓的絕對值可較小而不影響在高壓電源±VH和低壓電源±VL之間的轉(zhuǎn)換。即使當右道揚聲器SP的阻抗等于4Ω或小于4Ω時，在高壓電源±VH和低壓電源±VL之間的轉(zhuǎn)換可保持正常。
權(quán)利要求
1.一種功率放大器電路，包括功率放大器；開關(guān)器件，用于選擇性地將低壓電源或高壓電源與功率放大器相連；響應(yīng)從功率放大器中所輸出的電壓、產(chǎn)生信號電壓的裝置；基準電壓產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓和負電路側(cè)基準電壓；控制電路，用于將信號電壓與正電路側(cè)和負電路側(cè)基準電壓相比較，并且響應(yīng)比較結(jié)果控制開關(guān)器件，以當信號電壓的絕對值小于正電路側(cè)和負電路側(cè)基準電壓的絕對值時使低壓電源與功率放大器相連，以及當信號電壓的絕對值大于正電路側(cè)和負電路側(cè)基準電壓的絕對值使高壓電源與功率放大器相連；其中基準電壓產(chǎn)生電路包括第一電壓調(diào)節(jié)電路和第二電壓調(diào)節(jié)電路，所述第一電壓調(diào)節(jié)電路連接在低壓電源的正側(cè)和施加了負電位的第一電路點之間以產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓，所述第二電壓調(diào)節(jié)電路連接在低壓電源的負側(cè)和施加了正電位的第二電路點之間以產(chǎn)生負電路側(cè)基準電壓。
2.如權(quán)利要求1中所述的功率放大器，其中負電位等于在低壓電源的負側(cè)的電壓，正電位等于在低壓電源的正側(cè)的電壓。
3.如權(quán)利要求1中所述的功率放大器，其中負電位等于在高壓電源的負側(cè)的電壓，正電位等于在高壓電源的正側(cè)的電壓。
4.如權(quán)利要求1中所述的功率放大器，其中負電位等于在電源負側(cè)的電壓，正電位等于在電源正側(cè)的電壓。
5.一種功率放大器電路，包括功率放大器；第一裝置，用于產(chǎn)生正電路側(cè)閾值電壓和負電路側(cè)閾值電壓；第二裝置，用于將從功率放大器輸出的信號電壓與由第一裝置產(chǎn)生的正電路側(cè)閾值電壓和負電路側(cè)閾值電壓相比較；第三裝置，響應(yīng)第二裝置的比較結(jié)果以當信號電壓在正電路側(cè)閾值電壓和負電路側(cè)閾值電壓之間的范圍以內(nèi)時，使第一電源激勵功率放大器；和當信號電壓在正電路側(cè)閾值電壓和負電路側(cè)閾值電壓之間的范圍以外時，使第二電源激勵功率放大器，其中第一電源兩端的電壓低于第二電源兩端的電源；其中第一裝置包括連接在施加了第一正電位的第一電路點和施加了第一負電位的第二電路點之間的、用于產(chǎn)生正電路側(cè)調(diào)節(jié)電壓的第一電壓調(diào)節(jié)電路，用于根據(jù)正電路側(cè)調(diào)節(jié)電壓產(chǎn)生正電路側(cè)閾值電壓的裝置，連接在施加了第二負電位的第三電路點和施加了第二正電位的第四電路點之間的、用于產(chǎn)生負電路側(cè)調(diào)節(jié)電壓的第二電壓調(diào)節(jié)電路，和用于根據(jù)負電路側(cè)調(diào)節(jié)電壓產(chǎn)生負電路側(cè)閾值電壓的裝置。
6.如權(quán)利要求5中所述的功率放大器，其中第一和第二正電位等于在第一電源的正側(cè)的電壓，第一和第二負電位等于在第一電源的負側(cè)的電壓。
7.如權(quán)利要求5中所述的功率放大器，其中第一正電位等于在第一電源的正側(cè)的電壓，第一負電位等于在第二電源的負側(cè)的電壓，并且其中第二正電位等于在第二電源的正側(cè)的電壓，第二負電位等于在第一電源的負側(cè)的電壓。
8.如權(quán)利要求5中所述的功率放大器，其中第一正電位等于在第一電源的正側(cè)的電壓，第一負電位等于在電源的負側(cè)的電壓，并且其中第二正電位等于在電源的正側(cè)的電壓，第二負電位等于在第一電源的負側(cè)的電壓。
全文摘要
開關(guān)器件用于選擇性連接低壓電源或高壓電源到功率放大器。響應(yīng)從功率放大器輸出的電壓產(chǎn)生信號電壓?；鶞孰妷寒a(chǎn)生電路用于產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓和負電路側(cè)基準電壓?？刂齐娐酚糜趯⑿盘栯妷号c基準電壓進行比較并且響應(yīng)比較結(jié)果控制開關(guān)器件?；鶞孰妷寒a(chǎn)生電路包括連接在低壓電源的正側(cè)和施加了負電位的第一電路點之間的第一電壓調(diào)節(jié)電路，以產(chǎn)生正電路側(cè)基準電壓，以及連接在低壓電源的負側(cè)和施加了正電位的第一電路點之間的第二電壓調(diào)節(jié)電路，以產(chǎn)生負電路側(cè)基準電壓。
文檔編號H03F1/30GK1551487SQ20041004314
公開日2004年12月1日 申請日期2004年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者栗林泰治 申請人:日本勝利株式會社