一种简洁高效的甲类高保真晶体管音频功率放大装置的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及到一种简洁高效的甲类高保真晶体管音频功率放大装置。

背景技术：

目前，公知的音频功率放大装置，应用于功放机中，按使用材料来划分一般有晶体管和电子管两大类；按结构划分有分立元件和集成电路两种；按电路工作状态划分有模拟和数字两种。不管哪种的音频功率放大装置目前都存在一些难以解决的固有问题和缺陷，电路性能各有优缺点，导致使用该音频功率放大装置制作的功放器的成本、可靠性、效率、性能及音质效果等无法让高端的需求者接受。

传统的甲类音频功率放大装置的发热量大，效率低，输出功率一般较小，成本较高，稳定性，可靠性，安全性较差，只有少数功放机采用这种电路。乙类音频功率放大装置的信号交越失真很大，听感很差，声音的细节部分不能表现出来，一般功放都不采用这种电路形式。数字音频功率放大装置，由于晶体管都工作在开关状态，因而开关失真是其固有的缺点，高频响应差，谈不上高保真。

集成电路的晶体管音频功率放大装置，还存在如下问题：由于体积小，元件密集，这就决定了音频信号的大小信号之间相互干扰大，稳定性差，容易产生自激振荡，严重时会烧毁电路；大功率工作时，所有元件都工作在高温状态，放大性能变差；电路固定，难以改装；输出功率一般较小，大多数情况下不能满足要求；声音效果也具有晶体管功放的一些共同缺点。

电子管音频功率放大装置也存在如下问题：体积大；耗电多，效率低；成本高；寿命短；维护费用高；输出功率小；输出变压器的存在决定了低频和高频的声音失真大，线性差而导致听感不佳。

目前用以上现有的音频功率放大装置制作的功率放大器，晶体管功率放大器在音质上的共同缺点是：声音数码味较浓，缺乏醇厚感和甜美感，奇次谐波失真大，高音有很强的毛刺感，长时间大音量下让人难以忍受；空间立体效果差；效率和音质效果不能兼顾；甲乙类、乙类交越失真大，声音细节少，甚至细节完全被淹没；瞬态互调失真大，声音的清晰度和层次感较差，动态范围小。而电子管功放器体积大，耗电多，效率低，成本高，寿命短，维护费用高，输出功率小，低音和高音听感不佳。

随着人们物质文化水平的提高，对音响设备的音质要求也越来越高，现有的音频功率放大装置，已远远不能满足更多的音乐爱好者、以及对音质有狂热而苛刻追求的音响发烧友的需要了。而电路复杂，价格高昂的音频功率放大装置又不能被广大工薪阶层的人们所接受，因此市场上急需一种能够同时具有结构简单、成本低廉、制作容易、安全高效、音质优美等优点的高保真音频功率放大装置。

更重要的一点是：目前大多数音频功率放大器都是采用的是电压反馈的电路形式，其音质效果远远劣于电流反馈电路形式。由于目前电流反馈存在技术瓶颈，所以难以推广和实现，即使有少量应用，也都是采用了一些保稳定技术措施，这样一来又带来了很多附加失真，因而得不偿失，令其效果大打折扣。电流反馈可大大减小功放装置的瞬态互调失真，声音醇厚自然。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种简洁高效的甲类高保真晶体管音频功率放大 装置。

为达上述目的，本实用新型的一个实施例中提供了一种简洁高效的甲类高保真晶体管音频功率放大装置，其特征在于，包括：

输入放大模块，用于将输入端输入的音频信号进行放大；

电压放大模块，与输入放大模块连接，并对输入放大模块输出的信号进行电压放大；

输出放大模块，与电压放大模块连接，并对电压放大模块输出的信号进行功率放大；

电流反馈模块，与输出放大模块连接，并将反馈的音频信号传递至输入放大模块；

第一恒流源，用于为输入放大模块提供电源电压；

第二恒流源，用于为电压放大模块提供电源电压；

输入放大模块包括：

串联于音频信号输入端及电阻R2之间的电容C1；

并联于电容C1和电阻R2与地之间的电阻R1；

连接于电阻R1与电容C2之间的电阻R2；

并联于电阻R2与地之间的电容C2；

发射极与PNP型三极管Q6集电极相连的NPN型三极管Q1；

串联于PNP型三极管Q1集电极与负电源之间的电阻R7。

优选的，电压放大模块包括：

基极连接于PNP型三极管Q1集电极与电阻R7上的NPN型三极管Q2；

并联于NPN型三极管Q2的集电极与基极之间的电容C6；

连接在NPN型三极管Q2发射极与负电源之间的电阻R8。

优选的，输出放大模块包括：

串联于正电源与输出放大模块输出端之间的NPN型三极管Q7与电阻R9；

串联于正电源与输出放大模块输出端之间的NPN型三极管Q9与电阻R13；

串联于输出放大模块输出端与负电源之间的NPN型三极管Q8与电阻R10；

串联于输出放大模块输出端与负电源之间的NPN型三极管Q10与电阻R14；

连接于NPN型三极管Q7集电极与NPN型三极管Q9基极的电阻R11；

连接于NPN型三极管Q8发射极与NPN型三极管Q10基极的电阻R12；

串联于输出放大模块输出端与地之间的电阻R15及电容C7；

并联于输出放大模块输出端与负载之间的电感L和电阻R16。

优选的，电流反馈模块包括：

连接在电阻R9和电阻R13上的电阻R5；

并联在电阻R5两端的电容C5；

连接于电阻R5一端的电阻R6；

连接于电阻R6一端与地之间的电容C3与C4。

优选的，第一恒流源包括：

集电极与PNP型三极管Q1发射极相连的PNP型三极管Q6；

发射极连接于正电源、基极连接于PNP型三极管Q6发射极的PNP型三极管Q3；

并联于PNP型三极管Q6基极与地之间的电阻R3；

串联于PNP型三极管Q6发射极与正电源之间的可调电阻VR1。

优选的，第二恒流源包括：

集电极与NPN型三极管Q2集电极相连的PNP型三极管Q5；

发射极连接于正电源、基极连接于PNP型三极管Q5发射极的PNP型三极管Q4；

并联于PNP型三极管Q5基极与地之间的电阻R4；

串联于PNP型三极管Q5发射极与正电源之间的可调电阻VR2。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

本实用新型采用电流反馈形式，优化了各个模块的电路结构，不需要保稳定附加电路；具有结构简单、成本低廉、制作容易、安全高效、音质优美等优点。

本实用新型的这种晶体管音频功率放大装置，各放大级都工作在甲类放大状态。电路简单、元件普通、成本低廉、即使使用普通元件也能获得很好的声音效果，使用优质元件时则效果更佳。生产制作容易，可调电阻VR1用于调节中点电压，可调电阻VR2用于调节电压放大级和功率放大级的静态偏置电流。调试简单，输出功率管只需简单配对即可满足要求，特别适合工厂化大规模生产，如果想增大输出功率，只需提高电源电压，或者改用更大输出功率的功率输出管，或者采用多对功率管并联的方式即可。效率高，发热量低，电源利用率高，稳定可靠性高。音质效果独具特色，兼具晶体管功放的大功率、快速度，宽频响的特点。又具有电子管功放的醇厚，甜美，柔顺的音质特点，音质效果与输出功率全面超越当今世界主流高保真功放集成电路LM3886、TDA7293和电子管功放等。具有广阔的市场应用前景，可广泛用于高保真家用、汽车、电脑、舞台等功放机中。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的示意图；

图2为本实用新型一个实施例的电路图。

具体实施方式

参考图1，本实用新型提供了一种简洁高效的甲类高保真晶体管音频功率放大装置，包括输入放大模块，用于将输入端输入的音频信号进行放大；电压放大模块，与输入放大模块连接，并对输入放大模块输出的信号进行电压放大；输出放大模块，与电压放大模块连接，并对电压放大模块输出的信号进行功率放大；电流反馈模块，与输出放大模块连接，并将反馈的音频信号传递至输入放大模块；第一恒流源，用于为输入放大模块提供电源电压；第二恒流源，用于为电压放大模块提供电源电压。

本实用新型的电路原理结构参考图2所示，本实用新型各个电器元件的选型可以参考下列信号和参数选择。

电阻的符号以及参数包括：

电容的符号以及参数包括：

C1--4.7μF/50V；C2--330pF/63V；C3--220uF/50V；

C4--0.01μF/63V；C5～C6--22pF/100V；C7--0.1μF/100V.

三极管的符号以及参数包括：

Q1、Q3、Q4、Q5、Q6--A1013(PNP型三极管)；

Q2--C2383(NPN型三极管)；

Q7、Q8--C2073(NPN型三极管)；

Q9、Q10--2SC5200(NPN型三极管).

电感：直径1mm漆包线在直径6mm的圆柱上绕13圈。

其中主要元件参数的取值大小对电路的影响：

1、R3和R4的取值应根据供电的电源电压的高低进行调整，电源电压高时应该增大电阻值，原则上是保证流过R3的电流值为1mA、流过R4的电流值为4mA左右即可。

2、推动级三极管静态电流设置为5mA左右为宜。

本实用新型的输入放大模块包括：

串联于音频信号输入端及电阻R2之间的电容C1；

并联于电容C1和电阻R2与地之间的电阻R1；

连接于电阻R1与电容C2之间的电阻R2；

并联于电阻R2与地之间的电容C2；

发射极与PNP型三极管Q6集电极相连的NPN型三极管Q1；

串联于PNP型三极管Q1集电极与负电源之间的电阻R7。

其中，电压放大模块包括：

基极连接于PNP型三极管Q1集电极与电阻R7上的NPN型三极管Q2；

并联于NPN型三极管Q2的集电极与基极之间的电容C6；

连接在NPN型三极管Q2发射极与负电源之间的电阻R8。

其中，输出放大模块包括：

串联于正电源与输出放大模块输出端之间的NPN型三极管Q7与电阻R9；

串联于正电源与输出放大模块输出端之间的NPN型三极管Q9与电阻R13；

串联于输出放大模块输出端与负电源之间的NPN型三极管Q8与电阻R10；

串联于输出放大模块输出端与负电源之间的NPN型三极管Q10与电阻R14；

连接于NPN型三极管Q7集电极与NPN型三极管Q9基极的电阻R11；

连接于NPN型三极管Q8发射极与NPN型三极管Q10基极的电阻R12；

串联于输出放大模块输出端与地之间的电阻R15及电容C7；

并联于输出放大模块输出端与负载之间的电感L和电阻R16。

其中，电流反馈模块包括：

连接在电阻R9和电阻R13上的电阻R5；

并联在电阻R5两端的电容C5；

连接于电阻R5一端的电阻R6；

连接于电阻R6一端与地之间的电容C3与C4。

其中，第一恒流源包括：

集电极与PNP型三极管Q1发射极相连的PNP型三极管Q6；

发射极连接于正电源、基极连接于PNP型三极管Q6发射极的PNP型三极管Q3；

并联于PNP型三极管Q6基极与地之间的电阻R3；

串联于PNP型三极管Q6发射极与正电源之间的可调电阻VR1。

其中，第二恒流源包括：

集电极与NPN型三极管Q2集电极相连的PNP型三极管Q5；

发射极连接于正电源、基极连接于PNP型三极管Q5发射极的PNP型三极管Q4；

并联于PNP型三极管Q5基极与地之间的电阻R4；

串联于PNP型三极管Q5发射极与正电源之间的可调电阻VR2。

本实用新型装置为非对称电路，关键在于各级放大电路独树一帜的电路结构，输入放大和电压放大都只用一只晶体三极管来完成，这就要求其必须工作 在甲类放大状态。更重要的一点是，在大动态工作时，中点电压十分稳定，这是现有的类似电路无法做到的。由Q7、Q8与Q9、Q10组成的电路也都工作在甲类状态，两部分同时工作，三极管在工作中不存在截止状态，这一点与其它功放电路不同，上下两部分类似于BTL推挽工作方式。整个装置能够达到音质优美的音响效果。

大环路的电流反馈形式，而且无需严重影响音质的直流伺服电路来稳定中点电压，可有效地克服扬声器工作时所产生的反电动势，能大幅度减小电路工作时产生的瞬态互调失真，也就是说扬声器工作时所产生的反电动势以电流的形式正反馈到输入级，从而抵消了反电动势对输入信号和电路工作的影响。同时偶次谐波丰富，能产生类似于电子管功放的大动态、醇厚、甜美的声音效果。

C5、C6是防高频自激电容，容量非常小，不会产生相移，因而对音质没有任何影响。恒流源模块一的作用是为输入放大级电路提供稳定的正电源电压。恒流源模块二的作用是为电压放大级电路提供稳定的正电源电压。

虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。