专利名称：一种音响系统直通型高清功放电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功放电路，特别是一种音响系统直通型高清功放电路。
背景技术：
回顾功放的发展历史，从有输入变压器到无输入变压器，从有输出变压器到用输 出电容代替输出变压器(称0TL)，从有输出电容到无输出电容(称OCL，OCL电路标志功放 进入HiFi时代)，尽管表面上仅改动一个元件，但一步一个脚印，一步一个跳跃，一步一个革命。我们知道，音乐可以用四个方面描述；音质、音色、音风、音气。对音质、音色，相信 大家都很清楚，而音风、音气则是本专利申请提出的，下面将会看到提出音风、音气这两个 概念对音乐的欣赏和理解，功放的评价会大有帮助。高清功放的音质、音色、音风、音气评判标准可用“清、纯、靓、透”四个字表述(称 “四字评判标准”)。“清”体现音质。“纯”体现音色。“靓”体现音乐凤格。“透”体现音乐气势。“四字评判标准”具体内客如下“清”清晰度高。全音域清晰无失真，.话音可懂性高、亲切自然，歌声吐字清晰、 甜美且富有磁性，音乐层次分明、丰满厚实.，大信号气势如虹，小信号尽显无遗，无掩蔽效 应.，所有音乐语言信息全部到位。“纯”音色纯正真实，音乐谐波丰富，和谐悦耳，频响宽广均勻，无互调失真。声音“靓”具体是指低频丰厚有力、松而不软、弹而不散，中频园润、明亮，高频纤 细、丝丝入扣.。我们说“靓”体现音乐风格，这里应包含两层意思一是音乐本身具有的风 格，二是聆听者的欣赏风格、爱好，既有客观因素亦有主观因素。“透”通透、逶亮。.流畅、欢快、活跃、收发自如，动态范围大，瞬态响应妤，爆发 力、穿透力强，声像定位准确，声场稳定，既宽亦深，极富有现场感、临场感。“清纯靓透”四字评判标准所表现的“音质、音色、音风、音气”体现出音乐的最高境 界！四字评判标准作为高档次功放评判标准是很合理的。要达到上述目的首先要探讨放大器的失真向题。我们知道，任何一个周期性信号 都可分解为一系列正弦波，因此分析放大器失真实际上就是分析正弦波通过放大器的失真 问题，我们还知道，正弦波的三要素是幅度、频率、相位，如把幅度引伸为波形，则失真问题 可归结为正弦波的波形失真、频率失真、相位失真。波形失真也称非线性失真，波形畸变、削顶、交越失真等都属波形失真，波形失真 必然导致谐波失真，即产生额外的有害的高次谐波。造成波形失真原因是放大器工作点设 置不当、动态范围小、负载及匹配不良等，波形失真主要影响音质、音色。频率失真；也称线性失真(波形良好)。表现为频响窄、不平坦。造成频率失真主 要原因是电路存在电抗性元件或分布参数。另外因放大器存在非线性，几种不同频率通过 非线区必然产生和频和差频，形成互调失真，也可纳入频率失真。频率失真主要影响音色、首风。相位失真也称相移失真。就是正弦波经过某个系统、四端网络或放大器，输出的 波形(不包括幅度)没有变，频率没有变，而相位则有超前或滞后。频率失真必然陪伴相位 失真，因此产生失真的原因也相同。但是，相位失真不一定都会引起频率失真。特别强调指出相位失真影响面很广，它对音质、音色、音风、音气都有影响，而主 要影响音风和音气。事实上，音乐的细节都由相位打造而成的，音乐没有细节就难以展示音 乐的风格，难以展示音乐的气质和艺术内涵。一个不容否认的事实是扮演立体声、环绕声、家庭影院、3D影院等高层次音乐的 主角是谁？相位！还有，音箱的设计、音箱位置的摆放，听音室、会议室、会场的声学设计都 与相位有密切关系。可见相位在音响中占据何等重要地位！令人遗憾的是，可能是对相位失真认识上存在误区，相位失真在音晌功放设计中 还未引起足够的重视，或者是找不到理想的解决办法，心有余而力不足。我们还看到，测 量波形失真可用示波器、失真度仪，测量频率失真可用扫频仪，却没有测量相移的有效仪器 (多普勒测量仪是测相移的，但不用在音响上).这是相位失真不被重视的佐证。.上面提到引起相位失真是电路中存在电抗元件，具体耒说就是指信号传输电路中 有耦合电容。通过简单计算可得到一个低端转折频率为20周、由4. 7U电容与IOK电阻串 联而成的耦合电路，此时电阻上得到的20周正弦波相移竟达10度之高！当然要消除相移办法还是有的。例如，加大电容的容量，或者，电路上有微分电容 则补充积分电容，有积分电容则补充微分电容。显然这是一个以毒攻毒的办法，因为增加电 容容量或数量的做法对音质造成的影响很可能是得不偿失，所以此法并不理想。还有一个办法是用优质昂贵的电容取代普通电容，这是音响发烧友们乐于使用的 方法。但这种方法成本很高。既然电容的存在给我们带耒那么大的麻烦，干脆取消它，让信号直通，行得通吗？ 没有隔直作用的耦合电容，功放还能正常工作吗？这并非匪夷所思，实践证明这是可行的。 其实功放电路的变革一直都围绕输出点(称中心点)的直流电位为零的问题转。对于OCL 电路，有两种控制中心点电位电路，一是直流负反馈电路；二是为了取消直流负反馈必须存 在的交流旁路电容而设计的伺服电路，目的都是控制中心点为零电位。直流负反馈电路因 为存在电容而影响信号直通，这里可不必讨论，需要讨论的是伺服电路，这里暂且称它为单 伺服电路。单伺服电路一种常规的伺服电路，其取样点仅是中心点一个输出端，仅能控制中 心点；当然由于控制环路的作用单伺服电路也控制了偏置，但这种偏置仅是正负对称而已， 它不能控制偏置的具体数值，须另设偏置电路。且另设的偏置电路没有外控功能，大多数偏 置电路还带有耦合电容，而且调试也很不方便(它必须在功放全带电时才能实行)，工作也 不是很稳定。目前的功放都是电压输出模式(称电压模输出电压与输入电压成正比)，功放的 电压输出直接与扬声器相接。然而，严格地讲，电压模功放与扬声器并不匹配。首先我们必须弄靖楚扬声器到底是一种什么样的器件？大家知道，扬声器的音圈 是个线圈，物理知识告诉我们通电线圈在磁场中受力作用而产生运动，而受力的大小则与 磁场强度、线圄有效长度和电流强度(注意是电流强度而不是电压！)成比。既然扬声器受力与电流强度成正比，所以可以认定扬声器是一种电流型器件。为什么电压模功放与电流型器件的扬声器不匹配呢？道理很简单，如果对音圈施 加的是电压而不是电流，则必须将电压除以音圈的阻抗才能得到流过音圈的电流，显然，问 题的焦点是音圈的阻抗是否是个纯电阻(常数)，如是则力与电压成正比，如不是则不成 立。音圈是纯电阻吗？不是！它是个在运动的电感，除了与频率有关外还受到很多其他因 素的影响，所以其阻抗是很复杂的，从而导致受力与电压不成线性关系；也就是说，电压模 功放虽然能保证输出电压与输入电压成正比，但不能保证扬声器受力与输入电压成正比。 产生这种情况称为不匹配。不匹配引起的失真，称匹配失真，它严重影响音质。我们知道，在 音响系统中，扬声器是失真“大户”，就目前的技术水平，功放电路的波形失真度可达0。1 % 甚至0。01 %，而失真度能达到1 %的扬声器就很了不起了！两者相差竟达1至2个数量级。 质量高的音箱价格也就不断上扬。因此扬声器失真问题的重要性就不言而喻了。既然电压模功放与电流型扬声器不匹配，为什么不用电流模(输出电流与输入电压成正比)功放与电流型扬声器相匹配以防止匹配失真？回答是肯定的。有一种所谓“电 流负反馈功放”电路见诸于杂志，它是在电压模功放基础上加入少量的电流负反馈而提高 功放的“电流性”，但它本质上仍是电压模功放。而且它有两个很大的缺陷一是扬声器接地 端因串接电流负反馈电阻而不能接地，二是电路、扬声器不能接成BTL型式。所以尽管这种 电路对音质有所提高，但仍不被生产厂家采用。上面把功放失真和扬声失真分开论述仅是为了论述方便并符合目前人们的思维 习惯而已，事实上，严格地讲，匹配失真问题实质仍是个频率失真、相位失真问题，何解？上 面始终强调一个重要概念一个系统或四端网络，只要存在电抗元件(电抗元件可以是电 客，也可以是电感)，就必然引起频率失真和相位失真。如果把功放电路和扬声器合为一个 称之为“音响系统”的系统，则扬声器的音圈就是这个系统的电抗元件了，它存在的失真也 就是这个“音响系统”的频率失真和相位失真，只不过功放电路的失真元件是电容，而扬声 器的失真元件是电感而巳。如果是这样理解(理应这样理解，因为功放永远不能抛弃扬声器而自我吹嘘！)， 事情就相当明白上面所说的“信号直通”最终概念应该改为“从输入电压到输出声音的直 通”，或者说是“音响系统直通”而不是半途而废的“功放电路直通”。
发明内容
本发明的目的在于提供一种线路合理，造价低廉，性能稳定可靠，可解决信号传输 过程中的相位失真问题以及功放与扬声器匹配失真问题，从而使音质、音色、音风、音气都 极佳的音响系统直通型高清功放电路。本发明的目的可以通过以下措施来达到一种音响系统直通型高清功放装置，包 括音源、放大驱动电路、跟随电路、电源电路、扬声器，其特征在于还有双偏置伺服信号直 通电路、电流模电路，放大驱动电路的输出端一路与跟随电路相连接，另一路与双偏置伺服 信号直通电路相接，双偏置伺服信号直通电路输出的信号送回放大驱动电路，电流模电路 的输入端与跟随电路相接，输出端与放大驱动电路相接。本发明的目的还可以通过以下措施来达到所述的音源、放大驱动电路、跟随电 路、扬声器、双偏置伺服信号直通电路、电流模电路都分为左、右两个通道。每个通道的放大驱动电路有一路输入脚，直接与音量电位器中间脚相连，音量电位器输入脚与音源直通。 每个通道的放大驱动电路有三路输出脚，分别是正偏置输出脚、负偏置输出脚、零偏置输出 脚，正偏置输出脚、负偏置输出脚直接与跟随电路中对应的NPN、PNP三极管基极相连，零偏 置输出脚空置。每个通道的电流模电路有两条电流信号输入脚，电流模电路根据电流信号 完成电压一电流转换。在每个通道的双偏置伺服信号直通电路的输入端还连接有偏置外控 电路，偏置外控电路的输出信号控制着双偏置伺服信号直通电路。偏置外控电路中设置一 条偏置外控线，通过偏置外控线把偏置与大功率输出管的工作状态联系起来。音频信号从 音源直到扬声器传输全过程中，电路上没有任何耦合电容。本发明相比现有技术具有如下优点1、设置了双偏置伺服信号直通电路，其取样点是正负偏置两个输出端，目的是控 制两个偏置的具体数值及其对称性，因为偏置决定中心点，自然也就控制了中心点。另还设 置了偏置外控电路，通过偏置外控电路中的外控线把大功率输出管的工作状态与偏置紧密 联系起来，这种极为精细的控制使到整台功放始终处于最佳工作状态无失真、稳定、可靠。 本电路不仅解决中心点电位问题，同时也解决偏置问题。相信大家都很清楚，偏置在功放中 的作用极其重要，大方面来说它决定功放的类别甲类、乙类、甲乙类；小方面来说，对于最 常用的甲乙类，偏置不稳定直接影响功放的音质；同时整台功放的可靠性、稳定性都决定于 偏置，可是说偏置是功放的生命线！能同时解决中心点问题 、偏置问题是本电路的独到之 处。2、设置了电流模电路，把在扬声器要完成的电压转电流功能放到功放的电子线路 中。毕竟电子线路处理问题要容易得多、方便得多、便宜得多。而且更重要的是要使得功放 的输出的电流(而不是电压！)与输入电压成正比，输出电流直接进入电流型器件扬声器， 进而使得扬声器受力与输入电压成正比，从而达到匹配。就是说本电路是电流输出模式。显 然其音质必定会远高于电压模功放的音质。3、线路简单合理、造价低廉、安装调试方便、性能稳定、可靠性高，。用极为普通的 元器件组装的样机，试听表明高清功放的音质音色音风音气极佳，除此之外，高清功放还 有一个预想不到的效果，200瓦输出功率的高清功放，其强度感觉与300瓦输出功率的普通 功放无异。
图1为本发明的电路原理方框图；图2为本发明左、右两个通道的电路原理方框图。
具体实施例方式本发明下面将结合附图(实施例)作进一步详述图1中，1为音源、2为放大驱动电路、3为跟随电路、4为电源电路、5为扬声器、6 为双偏置伺服信号直通电路、7为电流模电路、8为偏置外控电路。图2中，1'为左音源、2’为左放大驱动电路、3'为左跟随电路、4为电源电路、5' 为左扬声器、6'为左双偏置伺服信号直通电路、7'为左电流模电路、8为偏置外控电路。 1"为右音源、2”为右放大驱动电路、3"为右跟随电路、5"为右扬声器、6"为右双偏置伺服信号直通电路、7"为右电流模电路。 左、右通道的放大驱动电路都有一路输入脚，直接与音量电位器中间脚相连，音量电位器输入脚与对应音源直通。左、右通道的放大驱动电路都有三路输出脚，分别是正偏置 输出脚、负偏置输出脚、零偏置输出脚，正偏置输出脚、负偏置输出脚直接与跟随电路中对 应的NPN、PNP三极管基极相连，零偏置输出脚空置。左、右通道的电流模电路都有两条电流 信号输入脚，电流模电路根据电流信号完成电压一电流转换。在左、右通道的双偏置伺服信 号直通电路的输入端还连接有偏置外控电路，偏置外控电路中设置一条偏置外控线，通过 偏置外控线把偏置与大功率输出管的工作状态联系起来。整个电路无耦合电容。
权利要求
一种音响系统直通型高清功放电路，包括音源(1)、放大驱动电路(2)、跟随电路(3)、电源电路(4)、扬声器(5)，其特征在于还有双偏置伺服信号直通电路(6)、电流模电路(7)，放大驱动电路(2)的输出端一路与跟随电路(3)相连接，另一路与双偏置伺服信号直通电路(6)相接，双偏置伺服信号直通电路(6)输出的信号送回放大驱动电路(2)，电流模电路(7)的输入端与跟随电路(3)相接，输出端与放大驱动电路(2)相接。
2.根据权利要求1所述的一种音响系统直通型高清功放电路，其特征在于所述的音 源⑴、放大驱动电路⑵、跟随电路⑶、扬声器(5)、双偏置伺服信号直通电路(6)、电流模 电路(7)都分为左、右两个通道。
3.根据权利要求1或2所述的一种音响系统直通型高清功放电路，其特征在于每个 通道的放大驱动电路(2)有一路输入脚，直接与音量电位器中间脚相连，音量电位器输入 脚与音源(1)直通。
4.根据权利要求1或2所述的一种音响系统直通型高清功放电路，其特征在于每个 通道的放大驱动电路⑵有三路输出脚，分别是正偏置输出脚、负偏置输出脚、零偏置输出 脚，正偏置输出脚、负偏置输出脚直接与跟随电路(3)中对应的NPN、PNP三极管基极相连， 零偏置输出脚空置。
5.根据权利要求1或2所述的一种音响系统直通型高清功放电路，其特征在于每 个通道的电流模电路(7)有两条电流信号输入脚，电流模电路(7)根据电流信号完成电 压-电流转换。
6.根据权利要求1所述的一种音响系统直通型高清功放电路，其特征在于在每个通 道的双偏置伺服信号直通电路(6)的输入端还连接有偏置外控电路(8)，偏置外控电路(8) 的输出信号控制着双偏置伺服信号直通电路(6)。
7.根据权利要求6所述的一种音响系统直通型高清功放电路，其特征在于偏置外控 电路(8)中设置一条偏置外控线，通过偏置外控线把偏置与大功率输出管的工作状态联系 起来。
8.根据权利要求1所述的一种音响系统直通型高清功放电路，其特征在于音频信号 从音源(1)直到扬声器(5)传输全过程中，电路上没有任何耦合电容。
全文摘要
一种音响系统直通型高清功放电路，包括音源、放大驱动电路、跟随电路、电源电路、扬声器，其特征在于还有双偏置伺服信号直通电路、电流模电路，放大驱动电路的输出端一路与跟随电路相连接，另一路与双偏置伺服信号直通电路相接，双偏置伺服信号直通电路输出的信号送回放大驱动电路，电流模电路的输入端与跟随电路相接，输出端与放大驱动电路相接。本发明线路合理，造价低廉，性能稳定可靠，可解决信号传输过程中的相位失真问题以及功放与扬声器匹配失真问题，使音质音色音风音气都达到极佳的水平。
文档编号H03F1/32GK101834569SQ20101017712
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月12日 优先权日2010年5月12日
发明者方炳钧 申请人:方炳钧