BTL输出的自振荡D类放大器的制作方法

本公开涉及一种btl(桥接负载)输出的自振荡d类放大器。

背景技术：

传统已知自振荡d类放大器是一种用于功率放大诸如音频信号的信号的放大器。

下面描述的jp-b-61-21007公开了一种自振荡d类放大器，其包括：积分器，其用于对输入其的音频信号积分；比较器，其用于将积分器的输出与来自第一反馈电路的反馈输出进行比较并且用于输出pwm(脉冲宽度调制)信号；开关电路，其用于功率放大来自比较器的pwm信号；低通滤波器(lpf)，其用于从开关电路输出的pwm信号中消除载波分量并用于解调功率放大后的音频信号；第一反馈电路，其用于将lpf的输出反馈至比较器的反相输入端；以及第二反馈电路，其用于将lpf的输出反馈至积分器的反相输入端。环形电路从比较器开始，经过lpf，并通过第一反馈电路从lpf返回至比较器的输入端，所述环形电路以频率f0自振荡，在该频率f0处环形电路的相位延迟是180度。自振荡频率f0可通过改变第一反馈电路的延迟来调整。将负反馈施加至音频带，并且通过第二反馈电路的反馈路线来确定放大器在该音频带中的增益。

此外，传统已知btl(桥接负载)型放大器。btl型是这样一种类型：其中，第一放大器功率放大相同相位的输入信号并输出正相输出信号、第二放大器功率放大反相位的输入信号并输出反相输出信号、并且连接负载(扬声器)以桥接两个放大器的输出。理论上，此类型的放大器的输出电压加倍并且输出是四倍。

下面描述的jp-a-2003-110375公开了一种自振荡d类放大器，其中，在放大器的输出级中使用btl输出。例如，在jp-a-2003-110375的图1中公开了一种btl输出的自振荡d类放大器，其中，比较器的一个输出信号(pwm信号)被第一开关电路功率来放大并经由第一lpf提供给扬声器的一个输入端，而其他输出信号经由用于信号反相的反相器被第二开关电路功率放大并经由第二lpf提供给扬声器的另一输入端。此自振荡d类放大器具有这样的构造：其中，从第一开关电路和第二开关电路中的每一个向比较器施加反馈，从而执行自振荡。

在jp-b-61-21007所描述的电路中，在设计具有高总增益和高输出功率的放大器的情况下，假设在输出电压中可发生高电压摆幅(例如±100v)。在这种情况下，假设相当大摆幅的输入电压输入到输入侧。因此，施加至比较器的输入电压具有大摆幅。此外，由于放大器是自振荡类型的，所以从输出侧反馈的用于自振荡的反馈信号被施加至比较器的输入端。结果，存在需要将具有相当高的击穿电压的半导体器件用作比较器的问题。

在jp-a-2003-110375所描述的电路中，两个开关电路各自的输出被反馈到比较器以实现自振荡。因此，存在这样的问题：由于形成了在比应该功率放大的输入音频信号的频带更高的自振荡频率处振荡的两个环形电路，所以很难控制自振荡(振荡操作变得不稳定)。

技术实现要素：

本公开的目的是在btl输出的自振荡d类放大器中抑制用于执行脉冲宽度调制的比较器的输入端处的电压摆幅以及实现稳定的自振荡操作。

为了实现上述目的，提供了一种桥接负载输出的自振荡d类放大器，包括：

信号输入电路；

比较器，其具有第二输入端和接地的第一输入端，并配置为在第二输入端处接收来自信号输入电路的输入信号，并通过比较第一输入端和第二输入端的电压来输出相对于输入信号的正相脉冲宽度调制信号和反相脉冲宽度调制信号；

第一开关电路，其配置为功率放大反位脉冲宽度调制信号；

第一低通滤波器，其配置为从功率放大后的反相脉冲宽度调制信号中获取第一输出信号；

第二开关电路，其配置为功率放大正相脉冲宽度调制信号；

第二低通滤波器，其配置为从功率放大后的正相脉冲宽度调制信号中获取第二输出信号；

减法器，其配置为计算第一输出信号和第二输出信号之差并输出差异信号；以及

第一反馈电路，其配置为将差异信号反馈至比较器的第二输入端。

根据本公开，由于用于执行脉冲宽度调制的比较器的第一输入端接地，并且来自信号输入电路的信号与来自第一反馈电路的用于自振荡的反馈信号的和信号被输入到第二连接端，所以可以抑制比较器的两个输入处的电压摆幅，因此，本公开的优势在于，不需要将具有高击穿电压的半导体器件用作比较器。此外，由于利用减法器计算了两个btl型的正输出信号和负输出信号之差，并且通过第一反馈电路反馈差异信号，因此，形成了单自振荡回路，从而使控制简单并使自振荡变得稳定。而且，由于提供了用于在不经过减法器的情况下反馈至少一个btl型输出信号的旁路电路，所以还可实现稳定的自振荡操作。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的自振荡d类放大器的电路图；以及

图2是示出了放大器的旁路电路的操作的频率特性图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述根据本公开的实施例。

图1是根据本公开的实施例的自振荡d类放大器10的电路图。缓冲器1(以非反相方式)放大正相位的或(以反相方式)放大负相位的输入音频信号并将放大后的信号传送至放大器10的输入端2。数字3指定了放大器10的第一输出端，数字4指定了放大器10的第二输出端。

放大器10包括第一电阻器11、非反相模拟积分电路12、第二电阻器13、比较器14、第一开关电路15、第一低通滤波器(lpf)16、第二开关电路17、第二lpf18、模拟减法器19、第一反馈电路20、第二反馈电路21、以及旁路电路22。第一电阻器11和非反相模拟积分电路12整体称作信号输入电路。

由运算放大器121、电容器122以及电阻器123构成的非反相模拟积分电路12对传送到放大器10的输入端2(积分电路12的输入端)并包含通过第二反馈电路21反馈的第二反馈信号在内的音频信号进行积分，并且随后将作为积分的结果获得的积分信号输出至比较器14。这里，放大器10作为单反相放大器操作，其在音频带中的增益由第一电阻器11和电阻器211确定，并且运算放大器121的非反相输入端实质上接地。因此，具有低击穿电压的普通半导体器件可用作运算放大器121。在第二反馈电路21中，电容器212与电阻器211并联，从而使第二反馈信号的相位提前并使放大器10的操作稳定(相位补偿)。

比较器14的第二输入端(反相输入端)接收来自积分电路12并包含通过第一反馈电路20反馈的第一反馈信号在内的积分信号。比较器14在比较器14的第一输入端(非反相输入端)处将积分信号与参考电压(地电压)进行比较，从而产生通过对传送至输入终2的反相音频信号进行pwm调制并从比较器14的非反相输出端141输出pwm信号而获得的反相pwm信号。此外，比较器14产生通过对正相位的音频信号进行pwm调制并从反相输出端142输出pwm信号而获得的正相pwm信号。来自比较器14的非反相输出端141的反相pwm信号被输入到第一开关电路15，并且来自比较器14的反相输出端142的正相pwm信号被输入到第二开关电路17。

第一开关电路15包括开关驱动电路151和开关电路152。开关驱动电路151根据来自比较器14的反相pwm信号来驱动开关电路152。开关电路152由连接至正电源和负电源的两个功率晶体管(例如fet)构成。当通过开关驱动电路151驱动时，开关电路152放大pwm信号的电功率，或换言之，功率放大反相pwm信号并输出功率放大后的信号。由电感器161和电容器162构成的第一lpf16从开关电路152输出的pwm信号中消除载波分量、解调(获取)功率放大后的反相音频信号、并且从放大器10的第一输出端3输出解调信号。

第二开关电路17的构造与第一开关电路15的构造相同，第二lpf18的构造与第一lpf16的构造相同。第二开关电路17对来自比较器14的正相pwm信号进行功率放大，第二lpf18对来自功率放大后的正相pwm信号的功率放大后的正相音频信号进行解调(获取)，并从第二输出端4输出解调信号。放大器10的第一输出端3和第二输出端4是两个btl型的正输出和负输出，并且用户可在两者之间连接诸如扬声器的负载。在缓冲器以正相方式放大输入音频信号的情况下，负相音频信号应被提供至扬声器的正相端(通常为红色)，而正相音频信号应被提供至扬声器的负相端(通常为黑色)。在缓冲器以负相方式放大输入音频信号的情况下，正相音频信号应被提供至扬声器的正相端，而负相音频信号应被提供至扬声器的负相端。

模拟减法器19包括运算放大器191和电阻器192至195。运算放大器191在其非反相输入端接收经由电阻器192来自第一lpf16的反相音频信号。运算放大器191在其反相输入端接收经由电阻器193来自第二lpf18的正相音频信号。减法器19计算反相音频信号和正相音频信号之间的电压差并输出对应于该电压差的差异信号。从减法器19输出的差异信号通过第一反馈电路20作为第一反馈信号反馈至比较器14的第二输入端(反馈至积分信号)，并且还通过第二反馈电路21作为第二反馈信号反馈至积分电路12的音频信号输入端。

第一反馈电路20包括例如电阻器201和电容器202，电阻器201的一端连接至减法器19的输出，另一端连接至比较器14的第二输入端；电容器202的一端连接至比较器14的第二输入端，另一端接地。第一反馈电路20延迟来自减法器19的差异信号并将延迟的差异信号反馈至比较器14的第二输入侧上的积分信号。由于此反馈，放大器10作为自振荡d类放大器来振荡。由比较器14、开关电路15、开关电路17、lpf16、lpf18、减法器19以及第一反馈电路20构成的环形电路的自振荡频率可以通过改变第一反馈电路20的延迟量来进行调整。

此外，根据音频带，通过将第二电阻器13添加到该环形电路而形成的电路作为单反相放大器操作，其中，减法器19的输出用作该放大器的输出并且该放大器的增益由电阻器13、电阻器201以及减法器19确定。比较器14的反相输入端实质上接地。而且，由于lpf16和lpf18几乎消除了功率放大后的pwm信号的载波分量，所以通过第一反馈电路20只反馈了小部分载波分量。如上所述，由于没有高电压施加到输入，所以具有低击穿电压的普通半导体器件可以用作比较器14。

如上所述，放大器10在环形回路中使pwm信号自振荡，该环形回路从比较器14开始，经过第一lpf16和第二lpf18，并通过减法器19和第一反馈电路20返回。期望的是，环形电路的频率特性应该在从音频带直至比自振荡频率f0足够高的频率的频率范围内保持相对高的增益。否则，自振荡会变得不稳定，例如，自振荡的振荡频率会波动而变得不稳定。因此，期望的是，减法器19的运算放大器191的频率特性应该在直至实质高频的频率范围内具有高增益。然而，普通(非特别)的运算放大器的频率特性并不足够。作为应对该问题的对策，在本实施例中提供了旁路电路22。

旁路电路22包括例如串联的电阻器221和电容器222。电阻器221的一端连接至第一输出端3，而在电阻器的相对侧的电容器222的一端连接至比较器14的第二输入端。电阻器221和电容器222在串联中的顺序可以颠倒。

图2是示出了旁路电路22的操作的频率特性图。横轴表示频率，纵轴表示增益(或衰减率)。曲线g1表示由普通运算放大器形成的减法器19的增益的频率特性。该增益在第一截止频率f1以下的约1mhz至若干mhz的频率范围(其包括整个音频带)内保持实质上相同的值，但该增益随着频率从频率f1开始进一步增加而逐渐减小。因此，如果在没有旁路电路的环形电路(即，通过从图1所示的环形电路中移除旁路电路22而获得的环形电路)中执行自振荡，则经由第一反馈电路20的的反馈信号在足够高的频率上可能不足，因此自振荡可能变得不稳定。旁路电路22提供在足够高的频率上的反馈信号，以对这种类型的减法器19的频率特性的不足的部分进行补偿。

图2中的曲线g2表示旁路电路22的频率特性。旁路电路22的增益在音频带附近的低频率下极低，该增益随着频率增加至第二截止频率(其在约1mhz至若干mhz的范围内并且大于频率f1)而逐渐增加，并且该增益在比频率f2更高频率上保持实质上相同的值。虽然经由反馈电路20的减法器19的反馈信号在足够高的频率上不足，但是通过旁路电路22，在足够高的频率上的反馈信号经由旁路电路22被提供并反馈至比较器14的第二输入侧上的积分信号。这里，通过旁路电路22反馈的信号作为相位提前补偿信号(前馈补偿)，用于提前反馈信号的相位，并且该信号补偿减法器19中的相位延迟。结果，可以实现稳定的自振荡。

第二反馈电路21包括电阻器211，电阻器211的一端连接至减法器19的输出并且另一端连接至积分电路12的运算放大器121的非反相输入端，第二反馈电路21还包括与电阻器211并联的电容器212。第二反馈电路21将来自减法器19的差异信号反馈至输入到积分电路12的音频信号。该反馈改善放大器10在音频带的失真特性，并且确定放大器10的增益。在第二反馈电路21中，电容器212与电阻器211并联，从而提前反馈信号的相位，并且稳定放大器10的操作(相位补偿)。

根据图1所示的电路，比较器14的非反相输入端接地，并且比较器14的反相输入端的电压不会在参考电压中心附近有太大摆幅。因此，比较器14无需具有高击穿电压(±30v或更高)，并且具有低击穿电压(±2v至±20v)的普通半导体器件可用作比较器。

此外，通过减法器19(差分放大器)接收并作为单信号反馈两个btl类型的正输出和负输出。因此，形成了单自振荡回路并使自振荡容易稳定。

此外，由于除了提供了经由减法器19和第一反馈电路20的反馈路径之外，还提供了经由旁路电路22的额外反馈路径，所以放大器10的自振荡变得稳定。另一方面，关于音频带，由于放大器10的两个输出信号之间的差异信号通过减法器19获得，并且经由第二反馈电路21反馈至积分电路12的输入端，所以改善了放大器10在音频带上的失真特性。

在将在实质上的高频率上具有高增益的特别运算放大器用于减法器19的情况下，无需提供图1所示电路中的旁路电路22。相反，设有旁路电路22的电路的优点在于普通(非特别)运算放大器可以用作减法器19。

虽然在图1所示电路中旁路形成在第一输出端3到比较器14的第二输入端之间，作为替代，但旁路可形成在第二输出端4到比较器14的第一输入端之间。

根据上述的实施例的具体电路构造并不仅限于以上所述构造，而是可按需要修改和实施。例如，非反相模拟积分电路12、第一反馈电路20、第二反馈电路21、减法器19以及旁路电路22的构造并不严格地限于图1所示的构造。微分电路可用于第一反馈电路20和第二反馈电路21。

这里，以上实施例的细节总结如下。

本公开提供了一种桥接负载输出的自振荡d类放大器，其包括：

信号输入电路；

比较器，其具有第二输入端和接地的第一输入端，并配置为在第二输入端处接收来自信号输入电路的输入信号，并通过比较第一输入端的电压和第二输入端的电压来输出相对于输入信号的正相脉冲宽度调制信号和反相脉冲宽度调制信号；

第一开关电路，其配置为功率放大反相脉冲宽度调制信号；

第一低通滤波器，其配置为从功率放大后的反相位脉冲宽度调制信号中获取第一输出信号；

第二开关电路，其配置为功率放大正相脉冲宽度调制信号；

第二低通滤波器，其配置为从功率放大后的正相脉冲宽度调制信号中获取第二输出信号；

减法器，其配置为计算第一输出信号和第二输出信号之差并输出差异信号；以及

第一反馈电路，其配置为将差异信号反馈至比较器的第二输入端以便桥接负载输出的自振荡d类放大器自振荡。

例如，信号输入电路包括：第一电阻器；积分电路，其配置为对通过第一电阻器接收到的信号进行积分并输出积分信号；第二电阻器，其布置在比较器之前，并且桥接负载输出的自振荡d类放大器还包括：第二反馈电路，其设置为将差异信号反馈至积分电路的输入端。

例如，对于上述桥接负载输出的自振荡d类放大器，由减法器输出并且由第一反馈电路反馈的差异信号包括不足以使所述桥接负载输出的自振荡d类放大器的自振荡稳定的高频分量，所述桥接负载输出的自振荡d类放大器还包括：旁路电路，其配置为将第一输出信号的高频分量提供至比较器的第二输入端，以使自振荡稳定。