换导式全桥功率放大电路的制作方法

本发明所属的技术领域为：音频功率放大电路，涉及一种换导式全桥功率放大电路。

背景技术：

本发明是在本人前期专利技术申请号cn200910003635.6基础上的进一步改进，使第一互补管的基极间电压在电路启动时能自动进行调整，从而避免功放启动时第一互补管出现较大的集电极电流，同时在电路中增加了第一互补管保护及防交越失真电路，用以使第一互补管的b-e结在动态时工作于可靠状态；并且增加了过电流过电压功率限定保护电路，防开机过电流保护电路。另外还加入了电感l使功放的音质和音色更令人满意，图2中的启动电阻r1与电感l的连接也可以用较为复杂的电阻、电感、电容组合来构成，对于这些组合构成在此不再列举。

说明书附图中的图1为背景技术--本人前期专利技术申请cn200910003635.6名称为换导式功率放大器的电路原理图，在背景申请说明书附图1中由电阻r1、r2、r6、r7、r8、r9、r10，晶体管v7、v8，稳压二极管d1，二极管d2、d3、d4、d5、d6、d7组成二级稳压和第一互补管静态基极电位固定电路；由电阻r3、r4、r5，晶体管v1、v2、v3、v4、v5、v6，扬声器rl组成二级直耦放大功率驱动电路。说明书附图1中的其余未标识部分元件为普通的常规电路部分。

技术实现要素：

本发明是在本人前期专利技术申请号cn200910003635.6基础上的进一步改进，使第一互补管的基极间电压在电路启动时能自动进行调整，从而避免功放启动时第一互补管出现较大的集电极电流，同时在电路中增加了第一互补管保护及防交越失真电路，用以使第一互补管的b-e结在动态时工作于可靠状态；并且增加了过电流过电压功率限定保护电路，防开机过电流保护电路。

说明书附图2中的电路即为本申请换导式全桥功率放大电路的内容，图2中a内的电路是本申请换导式全桥功率放大电路的关键内容，其包括：第一稳压电路和第二稳压电路以及第一互补管静态基极电位固定自动控制电路，启动电阻r1和电感l以及第一互补管和第二互补管及功放管组成的全桥电路，第一互补管保护及防交越失真电路，过电流过电压功率限定保护电路，防开机过电流保护电路；其特征一是：由主动半桥即功率信号源通过启动电阻(r1)和电感(l)来启动被动半桥电路，使被动半桥中的上、下臂功率晶体管(v2、v1)彼此交替地导通负载(rl)配合主动半桥中的下、上臂功率晶体管(v3、v4)呈不同电流强度的交换导通状态，被动半桥输出电压与主动半桥输出电压的相位始终相反并以此来推动两个半桥之间的负载(rl)；其特征二是：可以使用单电源供电来运行乙类推挽全桥功率放大电路；所述启动电阻r1一端连接第一互补管中的第5晶体管v5、第6晶体管v6的共发射极，另一端连接电感l的一端，电感l的另一端连接负载rl的一端并分别通过第4电阻r4、第3电阻r3连接第4晶体管v4、第3晶体管v3的两个发射极，负载rl的另一端连接第二互补管中的第1晶体管v1、第2晶体管v2的共集电极，第5晶体管、第6晶体管的两个基极连接至第一稳压电路和第二稳压电路以及第一互补管静态基极电位固定自动控制电路中，第5晶体管、第6晶体管的集电极分别通过第5电阻r5、第6电阻r6连接第1晶体管v1、第2晶体管v2的基极，第2晶体管、第1晶体管的两个集电极互连，发射极分别连接第4晶体管v4、第3晶体管v3的两个集电极并分别连接电源电压的正极(+6v)、负极(-6v)。

本申请电路在设计前已经预先参考查阅了早期的一些电子半导体技术书刊，对可能出现的专利权冲突作了充分详细的分析判断，为避免专利权冲突因而采用了早期的音响电路技术，并且用以前音响扩音机电路常用的对称电源供电(但实际上功率放大电路部分仍旧是单电源供电运行的乙类推挽全桥功率放大电路)，在图2的常见电路中有几处地方显得有点“不时尚”，这只能待以后通过检索相关资料，在没有专利权冲突或者已取得他人专利权许可的前提下再进一步改进完善，同样由于为避免专利权冲突，所以权利要求以内的电路也有几处地方看来有点粗，不能算是精致，但仍然可以达到优良电路所要求的状态，若把本发明图2中一些为避免专利权冲突而设计得不到位的地方都换成现有的成熟技术，那么目前用二分频(一个高音单元和一个低音单元)就已经达到能把锣鼓、钢琴、电吉他、竹笛、萨克斯、小号、扬琴等播放出同真实乐器完全一样的相同音效，音效的真实感前所未有，当然也可以不要求同真实乐器几乎一样的相同音效，只需要音乐味浓、音色优美的效果。

本发明适合用于10瓦功率(不失真功率约5瓦)以内的音频功率放大电路中，并将所述权利要求的电路制作成集成电路来限定功率及用途。本发明既可以使用全桥驱动方法，也可以根据实际需要使用半桥驱动方法，本例申请是以音响功率放大电路为例，也可用于其它领域的电路如：视频放大电路、直流变换直流电源电路(与开关电源相似，但品质性能更优)等。

本发明的有益效果是：采用单电源供电来运行有启动电阻的乙类推挽全桥功率放大电路，能使播放的音乐达到低音轻松层次分明、音质清晰、音色优美动听令人感到甚是满意。

为了区别于其他形式的桥式功率驱动电路，依据本发明电路中有一启动电阻来启动被动半桥电路，使被动半桥中的上、下臂功率晶体管彼此交替地导通负载配合主动半桥中的下、上臂功率晶体管呈不同电流强度的交换导通状态这一特征而将本发明电路称为——换导式。

附图说明

图1为背景技术--本人前期专利技术申请cn200910003635.6名称为换导式功率放大器的电路原理图。

图2为本申请--换导式全桥功率放大电路的电路原理图。

图3为最简二分频示意图，由低音扬声器rl1、高音扬声器rl2、无极性电容c和低频空气扼流圈l组成。

在图2中，晶体管v5、v6为第一互补管；晶体管v1、v2为第二互补管；晶体管v3、v4为功放管；晶体管v1与v2、v5与v6应分别根据需要选用参数相同放大倍数一样的对管，晶体管v10、v9为锗型管其余都为硅型管，集成电路ic1、ic2型号可选择：lm2902n、lm324等；稳压管w1的稳压电压可选在9v，稳压管w2～w6的参数相同稳压电压可选在1.5v～2.2v之间(也可以用二极管串联组成)；电阻r3与r4、r5与r6、r7与r8、r26与r27、r29与r30、r15与r16、r17与r18、r22与r23、r24与r25、r101与r102的阻值精确相等，电阻r26、r27取值240ω，r7、r8取值1kω；fu1、fu2为过电流融断器。

具体实施方式

本申请换导式全桥功率放大电路的运行与上述背景专利申请电路一样，通过设置二级稳压偏置电路将第一互补管v5、v6的静态基极电位稳定地固定，由第一互补管v5、v6与第二互补管v1、v2组成对称的二级直耦放大电路，音频信号经过常规电路的多级直耦放大，从功放管v4、v3输出并且通过启动电阻r1和电感l将功放管v4、v3建立在负载rl上的电压变化传导到第一互补管的共发射极，使其中之一晶体管的输出电流增大而另一晶体管则趋于截止，从而推动第二互补管中一晶体管趋向饱和，趋向饱和的程度由功放管的输出电流大小来决定，以此来配合功放管推动负载。

电路的实现是：如图2所示，首先连接第一稳压电路和第二稳压以及第一互补管静态基极电位固定自动控制电路；其中第一稳压电路中的第1稳压管w1的阴极通过第30电阻r30连接电源电压正极(+6v)，阳极通过第29电阻r29连接电源电压负极(-6v)；和第二稳压电路中的第1电容c1的正极、负极分别连接第4稳压管w4的阴极、第2稳压管w2的阳极并分别通过第27电阻r27、第26电阻r26连接第1稳压管的阴极、阳极，第4稳压管的阳极、第2稳压管的阴极分别通过第23电阻r23、第22电阻r22连接第3稳压管w3的阴极、阳极，第3稳压管w3的阴极、阳极分别通过第25电阻r25、第24电阻r24连接第21电阻r21的一端、另一端；以及第一互补管静态基极电位固定自动控制电路中的第4稳压管的阳极、第2稳压管的阴极分别通过第18电阻r18、第17电阻r17连接第8晶体管v8、第7晶体管v7的基极，第8晶体管、第7晶体管的发射极分别通过第8电阻r8、第7电阻r7连接第1电容的正极、负极，第1电容的正极连接第14晶体管v14的发射极，第1电容的负极连接第13晶体管v13的发射极，第14晶体管、第13晶体管的集电极分别连接第8晶体管、第7晶体管的集电极再分别通过第15电阻r15、第16电阻r16连接第1电容的负极、正极，第14晶体管的基极连接第15晶体管v15的集电极并通过第14电阻r14连接第1电容的正极，第13晶体管的基极分别通过第20电阻r20、第13电阻r13连接第1集成电路a部分ic1a的输出端、第1电容的负极；第1集成电路a部分ic1a的反相端连接第21电阻的一端，其同相端连接第13晶体管的集电极；第1集成电路b部分ic1b的反相端连接第14晶体管的集电极，其同相端连接第21电阻的另一端，输出端通过第19电阻r19连接第15晶体管的基极，第15晶体管的基极、发射极分别通过第31电阻r31、第32电阻r32连接第1电容的负极。

接着连接启动电阻r1和电感l以及第一互补管和第二互补管及功放管组成的全桥电路；其中启动电阻r1一端连接第一互补管中的第5晶体管v5、第6晶体管v6的共发射极，另一端连接电感l的一端，电感l的另一端连接负载rl的一端并分别通过第4电阻r4、第3电阻r3连接第4晶体管v4、第3晶体管v3的两个发射极，负载rl的另一端连接第二互补管中的第1晶体管v1、第2晶体管v2的共集电极，第6晶体管、第5晶体管的两个基极分别连接第13晶体管、第14晶体管的集电极，第5晶体管、第6晶体管的集电极分别通过第5电阻r5、第6电阻r6连接第1晶体管v1、第2晶体管v2的基极，第2晶体管、第1晶体管的两个集电极互连，发射极分别连接第4晶体管v4、第3晶体管v3的两个集电极并分别连接电源电压的正极(+6v)、负极(-6v)。

跟着连接第一互补管保护及防交越失真电路；其中第9晶体管v9的发射极连接第4二极管d4的阴极，其集电极通过第9电阻r9连接第1电容的负极，基极连接第5晶体管的基极；第10晶体管v10的发射极连接第3二极管d3的阳极，其集电极通过第10电阻r10连接第1电容的正极，基极连接第6晶体管的基极；第2电容c2连接在第9晶体管、第10晶体管的基极之间；

第2集成电路b部分ic2b的反相端连接第12晶体管v12的集电极和第4二极管的阳极，输出端通过第42电阻r42连接第15晶体管的基极；第2集成电路a部分ic2a的同相端连接第11晶体管v11的集电极和第3二极管的阴极，其反相端连接第2集成电路b部分的同相端和启动电阻r1的一端，输出端通过第41电阻r41连接第13晶体管的基极；第44电阻r44连接在第10晶体管的集电极和第2晶体管的基极之间，第43电阻r43连接在第9晶体管的集电极和第1晶体管的基极之间；第46电阻r46、第47电阻r47分别与第3二极管、第4二极管并联，第11晶体管v11、第12晶体管v12的发射极分别通过第11电阻r11、第12电阻r12连接第1电容的负极、正极，第11晶体管、第12晶体管的基极分别连接第7晶体管、第8晶体管的基极。需要予以指明的是：在由第9晶体管(或第10晶体管)的b-e结与第4二极管(或第3二极管)串联并且电连接导通所形成总的电压降范围内，可以是2个以上锗二极管和若干个电阻的串联所组成。

这里的第一互补管保护电路在设计成集成电路模块时至少要在2套以上，以保证第一互补管万无一失地工作，至少要在2套以上的电路也包括后面的过电流过电压功率限定保护电路。

再连接防开机过电流保护电路；其中第72电阻r72、第75电阻r75的一端以及第72二极管d72的阴极连接电源电压的正极(+6v)，第71电阻r71的一端和第71电容c71的负极连接电源电压的负极(-6v)，第73电阻r73的一端和第71晶体管v71的发射极连接第1稳压管的阳极，第76电阻r76的一端和第72晶体管v72的发射极连接第1稳压管的阴极；第72电阻、第71电阻的另一端互连并连接第1集成电路c部分ic1c的同相端，第1集成电路c部分的反相端连接第75电阻的另一端和第71电容的正极以及第72二极管的阳极，输出端连接第71二极管d71的阳极，第71二极管的阴极通过第74电阻r74连接第71晶体管的基极和第73电阻的另一端，第71晶体管的集电极连接第13晶体管的集电极并通过第77电阻r77连接第72晶体管的基极和第76电阻的另一端，第72晶体管的集电极连接第14晶体管的集电极。

接下来连接过电流过电压功率限定保护电路，其中第5稳压管w5、第7稳压管w7的阴极以及第66电阻r66的一端连接电源电压的正极(+6v)，第61电阻r61、第64电阻r64、第65电阻r65、第67电阻r67的一端以及第6稳压管w6的阳极和第61电容c61、第62电容c62的负极连接电源电压的负极(-6v)，第5稳压管的阳极连接第65电阻的另一端以及第2集成电路c部分ic2c的同相端，其反相端连接第6晶体管的集电极，输出端连接第62二极管d62的阳极；第6稳压管的阴极连接第66电阻的另一端以及第2集成电路d部分ic2d的反相端，其同相端连接第5晶体管的集电极，输出端连接第63二极管d63的阳极，第63二极管、第62二极管的阴极互连再连接第64电阻的另一端和第61二极管d61的阴极并通过第63电阻r63连接第62电容的正极和第62电阻r62的一端，第62电阻的另一端连接第一可控硅scr1的门极和第61电阻的另一端以及第61二极管的阳极和第61电容的正极，第一可控硅的阳极通过第68电阻r68连接电源电压的正极(+6v)，其阴极连接第71晶体管的基极。

另外，因过热保护电路很简单这里就不再图示，除共用1个可控硅和1个有2路断合接触点的继电器以及1个继电器保护二极管外，只需要2个电阻、1个晶体管、1个热敏电阻(若采用温度开关可以再减几个元件)将其紧贴固定在每个功放管的散热片上，当温度上升到预定值时可控硅导通继电器吸合断开±6v供电电源。

完成以上连接后开始电路的调整，调整电阻r21、r22、r23、r24、r25的电阻值，使晶体管v6的基极电位高于晶体管v5的基极电位，电位差为1.0v～1.2v左右，重复以上调整直到认为满意为止，调试完毕应使晶体管v6的基极电位高于电源电压的中点电位0.5v～0.6v，晶体管v5的基极电位低于电源电压的中点电位0.5v～0.6v。

说明书附图2中a以外的其余部分为音响功放常规电路，通常由多级直耦放大电路以及环路负反馈控制组成，常规电路的信号放大过程如说明书附图2中所示：从in与接地0v端输入音频小信号，信号通过电容c101和电阻r103进入第一级差分放大晶体管v101的基极进行第一级放大，放大后信号直接进入晶体管v103的基极进行第二级电压放大，再经过第三级晶体管v104(或v105)的电流推动放大后进入晶体管v4(或v3)的基极进行第四级放大，经过晶体管v4(或v3)放大电流并在晶体管v1(或v2)的导通配合下直接推动负载扬声器rl，同时在晶体管v4、v3发射极输出端取出电压，通过反馈电阻r104反馈到输入级的反相端晶体管v102的基极。

它们的连接是：电容c101的一端为信号输入端in，另一端通过电阻r103连接晶体管v101的基极，其集电极连接晶体管v103的基极并通过电阻r105连接地端(0v)，电阻r101、r102的一端分别连接晶体管v101、v102的基极，另一端分别连接地端(0v)，晶体管v101、v102的发射极互连并通过电阻r107连接电容c102的正极和电阻r108的一端，电阻r108的另一端连接电源的正极(+6v)，c102的负极连接地端(0v)，晶体管v102的集电极、晶体管v103的发射极分别通过导线、电阻r106连接电源的负极(-6v)，晶体管v103的集电极连接二极管d101的阴极并连接电阻r111的一端和晶体管v105的基极，d101的阳极通过电阻r110连接电阻r111的另一端和晶体管v104的基极，再通过电阻r109连接电源的正极(+6v)，电容c103连接在晶体管v103的基极和集电极之间，晶体管v104、v105的发射极分别通过电阻r112、r113连接负载rl的一端，它们的集电极分别连接电源的正极、负极，晶体管v4、v3的基极分别连接晶体管v104、v105的发射极，它们的发射极分别通过电阻r4、r3连接负载rl的一端；集电极分别连接电源的正极、负极，电阻r104的一端连接晶体管v102的基极，另一端连接负载rl的一端；电容c104的正极通过电阻r114连接电阻r104的一端，负极连接地端(0v)，电阻r2的一端连接负载rl的一端，另一端通过电容c3连接负载rl的另一端。

晶体管v101～v105、v5～v21可以选择对管型号为：2sa1015/2sc1815，晶体管v1、v2，v3、v4可以选择对管型号为：2sa1301/2sc3280(也可以用准互补对称输出来代替)；集成电路ic1、ic2的正极、负极分别连接电源电压的正极、负极；供电电源为正、负对称的双路等电压±6v电源，正、负对称双路等电压电源中点电位为接地0v端，并要求使用集成电路来控制对称电源电压保持精准不变；负载(扬声器)阻抗8ω，功放的输出功率在1w～10w。

常规电路的调整按通常方法进行，主要是调整晶体管v104、v105两个基极之间的电压使晶体管v4、v3的静态工作电流大约在10ma～100ma之间，再将晶体管v4、v3的共发射极电位调整到电源电压的中点并连接上环路负反馈控制电阻r104即可。最后将启动电阻r1一端连接第一互补管v6、v5的共发射极，另一端通过电感l连接负载rl的一端，负载rl的另一端连接第二互补管v2、v1的共集电极。晶体管v5、v6应选高β值pnp型、npn型对管也可选达林顿对管，β值在350～1000，附图中全部晶体管对管的配对误差在±5％或者更小。若是在工厂进行规模生产则还应当按照工业产品的规定和要求加入相应的电路，在电路输入端、启动端加入20hz及其以下频率的陷波、虑波组件以及直流伺服电路等。并且在这里还要提出一个重要经验：作为业余爱好电子技术人士和专业电子技术人士应当从刚开始就记住使用必备的示波仪器来检测电子电路并要参阅相关专业的技术资料，以避免在研究开发电子产品的过程中延误多年太长的时间，这样的设备虽然价格贵也不经常使用，但通过对示波仪显示的波形进行观察较快作出判断和保证电子产品的品质会有很大帮助。

按文中所述要求顺序完成以上步骤后，整个功放电路就可以运行了。我们就可以听到音色优美、音质清晰的音乐，音响效果悦耳动听。