专利名称：极高保真度的音频放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种极高保真度的音频放大器，其具有极低的失真和高效率，该音频 放大器包括
-用于待放大的音频信号的输入端，以及用于将经放大的音频信号馈送给负载的 输出端；
-参考电压发生器，其具有高线性和低输出阻抗，其适用于接收待放大的音乐信号 作为输入；
-功率电压发生器(powervoltage generator),其输出端通过稱合阻抗连接到参 考电压发生器的输出端，I禹合阻抗的模量(modulus)至少10倍地低于适于由放大器的输出 端馈送的负载的阻抗的模量；以及
-用于在功率电压发生器的输入端处输入由参考电压发生器在输出端处供应的电 流的表示信号的装置。
背景技术：
文件US 6，937，095描述包括在输出端处稱合的两个电压发生器的放大器。就其 具有极低的输出阻抗而言，这两个发生器都是电压发生器。
在该放大器中，就相关技术而言，参考电压发生器表现为跟随器，而功率电压发生 器通过阻抗来提供用于馈电给负载所需的输出电流。参考电压发生器构造为具有极高的线 性和极低的输出阻抗，以便在放大器的输出端处获得较低的失真。
对参考电压发生器所消耗的电流进行测量，并将其值用于确保对功率电压发生器 的放大单元的控制。因此，电功率的主要部分是由功率电压发生器提供的。
但是，即便没有很大用处，具有极高线性的参考电压发生器仍然用于帮助提供输 出端信号，这不利于经放大的输出端信号的精确度。发明内容
本发明的目标在于提出一种具有进一步改善的输出性能(特别是是失真水平)的 放大器。
为此，本发明的国标是一种前述类型的放大器，其特征在于，用于在功率电压发生 器的输入端处输入由参考电压发生器在输出端处提供的电流的代表信号的装置能确保功 率电压发生器的线性控制。
根据特定的实施例，放大器包括以下一个或更多个特征
用于在功率电压发生器的输入端处输入由参考电压发生器在输出端处提供的电 流的代表信号的装置包括比例积分微分(PID)控制器；
放大器包括用于除了由参考电压发生器在输出端处提供的电流的代表性的信号 之外，在功率电压发生器的输入端处输入以及待放大的音乐信号的代表信号的装置；
参考电压发生器的输出端直接连接到用于向负载进行馈电的输出端，而不插入任何阻抗；
功率电压发生器为D类放大级；
功率电压发生器由脉冲宽度调制或σ/δ调制来驱动，并且耦合阻抗为电感、电阻或二者的组合；
功率电压发生器为A类或AB类的模拟放大级，并且耦合阻抗为电阻、电感或二者的组合；
用于在功率电压发生器的输入端处输入由参考电压发生器在输出端处提供的电流的代表信号的装置包括用于测量由参考电压发生器所消耗的瞬时强度的装置；
用于在功率电压发生器的输入端处输入由参考电压发生器在输出端处提供的电流的代表性的信号的装置包括仅定位在用于供向负载进行馈电的输出端的上游的用于测量由参考电压发生器提供的电流的装置，并且参考电压发生器的输出端直接连接到耦合点上，而不在参考电压发生器的输出端和耦合点之间插入任何电阻性元件；以及
参考电压发生器的输出阻抗小于O. 2欧姆。
在阅读了下文的描述之后，将会更好地理解本发明，下文的描述是参考唯一的附图并且仅作为示例来给出的
图1示出了根据本发明的高保真音频放大器的电学图示，其具有低失真和极高效率。
具体实施方式
图1中所不的首频放大器10包括输入端12和输出端14,输入端12能够接收待放大的模拟音频信号，输出端14用于提供经放大的信号，输出端14与由扬声器16形成的负载相连。扬声器16直接连接在放大器的输出端14和接地端之间，而没有有任何其它电阻性元件。
放大器的输入端12能接收控制电压，控制电压的参考点为接地电压。
放大器10包括参考电压发生器18和功率电压发生器20，参考电压发生器18具有极高的线性和低输出阻抗。这两个发生器的输出端通过耦合阻抗22在输出端14处相互耦八口 ο
参考电压发生器18的输入端直接连接到放大器的输入端12，而未插入任何阻抗， 而参考电压发生器18的输出端直接连接到输出端14，而未插入任何电阻性、电容性或感应性元件。
电压发生器18和20的输出端在耦合点24中相连，耦合阻抗22放置在功率电压发生器20的输出端和耦合点24之间。
参考电压发生器18包括图示为差分放大器的电压放大级26，同相输入端直接连接到输入端12，而电压放大级26的反相输入端连接到反馈回路27，反馈回路27直接连接到差分放大器26的输出端。优选地，电压放大级例如是使用运算放大器来形成的，运算放大器安装为电压跟随器。
参考电压发生器18为A类放大器，其具有良好的线性和低输出阻抗。优选地，参考电压发生器的输出阻抗小于O. 2欧姆。
差分放大器26由两个DC电压VJPV_供电，并且在各供应输入端上消耗分别标记为I1和I2的电流。
用于测量被消耗的电流的装置28A、28B提供在差分放大器26的各供应输入端上。
如文件US 6，937，095中所描述的，这些装置例如由电流探测器形成。电流探测器能够提供关于由参考电压发生器在输出端处提供的电流的信息的代表性的片段，发生器18 提供的电流直接链接到其消耗的电流。
电流传感器28A、28B的输出端连接到加法电路30，加法电路30形成PID类型的线性控制器32的输入端，线性控制器32包括线性放大级34、微分级36以及积分级38，线性放大级34、微分级36和积分级38各自并联安装并接收由参考电压发生器18消耗的电流的总和的表示值作为输入。34、36和38的输出端连接到加法器40。因此，PID控制器32能够在输出端处提供由参考电压发生器18在输出端处提供的电流的表示信号。
此外，加法电路40通过另一个输入端连接到输入端12，经由用于接收待放大的音乐信号的线性放大级42。
在相关示例中，功率电压发生器20是使用安装为跟随器的微分放大器50形成的， 且微分放大器50的反相输入端经反馈回路51直接连接到输出端，而同相输入端连接到加法电路40的输出端。
因此，功率电压发生器20能够接收来自输入端12的待放大的音频信号以及参考电压发生器所消耗的电流的表示·值的组合作为输入。
根据第一实施例，微分放大器50由D类放大器组成，D类放大器即沿其放大器分支包括两个反向串联安装的MOSFET晶体管的推挽式放大器，这两个晶体管都根据脉冲宽度调制法则而被驱动。这种情况下，阻抗22由电感、电阻或二者的组合组成。或者，两个晶体管都根据σ/δ (sigma/delta)法则而被驱动。
根据另一实施例，功率电压发生器20由A类或AB类放大器组成。这种情况下，耦合阻抗22由电感、电阻或二者的组合组成。
有利地，在有用的频率范围内，耦合阻抗22 (无论其是线圈还是电阻器)的模量10 倍地低于负载(S卩，扬声器16)的模量。
因此，例如对于扬声器来说，其电阻为4欧姆，这种情况下使用的用于形成功率电压发生器20的AB类放大器的电阻器22小于O. 4欧姆。
另外，在D类放大器形成用于向扬声器进行馈电的功率电压发生器20的情况下， 扬声器的电感为ImH而电阻为4欧姆，形成耦合阻抗的线圈的电感小于100 μ H。
根据另一实施例，根据文件FR 2 873 872中所描述的电路，引入到PID控制器32 中的由参考电压发生器提供的电流的代表值由在阻抗22和放置在耦合点24和输出端14 之间的附加电阻器的端子上测得的电势的差异给出。
可以想象，通过这样的设置，除由参考电压发生器提供的电流的表示信号之外，考虑直接在功率电压发生器的输入端12上的放大器的输入端信号进一步减轻了对参考电压发生器的激活，从而改善了作为参考电压发生器的A类放大器的线性并同等程度地减小了失真。
通过采取线性控制，有可能避免用于测量电流的传感器28Α、28Β以及放大器20在这些组件的线性范围内的饱和状态。
权利要求
1.一种具有很低失真和高效率的高保真音频放大器(10)，包括 用于待放大的音频信号的输入端(12)和用于使用经放大的所述音频信号来向负载(16)进行馈电的输出端(14)； 参考电压发生器(18)，其具有极高的线性和低输出阻抗，所述参考电压发生器(18)能够接收所述待放大的音乐信号作为输入； 功率电压发生器(20)，其输出端通过耦合阻抗(22)连接到所述参考电压发生器(18)的输出端，所述耦合阻抗(22)的模量至少10倍地低于能够由所述放大器的所述输出端(14)进行馈电的所述负载(16)的阻抗的模量；以及 用于在所述功率电压发生器(20)的输入端处输入由所述参考电压发生器(18)在输出端处提供的电流的代表信号的装置(28A、28B、30、32)， 其特征在于，所述装置(28A、28B、30、32)用于在所述功率电压发生器(20)的输入端处输入由所述参考电压发生器(18)在输出端处提供的电流的代表信号的装置能够确保所述功率电压发生器(20)的线性控制。
2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述用于在所述功率电压发生器(20)的输入端处输入由所述参考电压发生器(18)在输出端处提供的电流的代表信号的装置包括比例-积分-微分(PID)控制器(32)。
3.根据权利要求1或2所述的放大器，其特征在于，所述放大器包括用于除了由所述参考电压发生器(18)在输出端处提供的电流的代表信号之外，在所述功率电压发生器(20)的输入端处输入所述待放大的音乐信号的代表信号的装置(42)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的放大器，其特征在于，所述参考电压发生器(18)的输出端直接连接到用于向所述负载(16)进行馈电的所述输出端(14)，而不插入阻抗。
5.根据前述权利要求中任一项所述的放大器，其特征在于，所述功率电压发生器(20)为D类放大级。
6.根据权利要求5所述的放大器，其特征在于，所述功率电压发生器由脉冲宽度调制或σ/δ调制来驱动，并且所述耦合阻抗(22)为电感、电阻或二者的组合。
7.根据权利要求1或2所述的放大器，其特征在于，所述功率电压发生器(20)为A类或AB类模拟放大级，并且所述耦合阻抗(22)为电阻、电感或二者的组合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的放大器，其特征在于，所述用于在所述功率电压发生器(20)的输入端处输入由所述参考电压发生器(18)在输出端处提供的电流的代表信号的装置包括用于测量由所述参考电压发生器(18)所消耗的瞬时强度的装置(28Α、28Β)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的放大器，其特征在于，所述用于在所述功率电压发生器(20)的输入端处输入由所述参考电压发生器(18)在输出端处提供的电流的代表信号的装置包括仅定位在向所述负载进行馈电的所述输出端的上游的用于测量由所述参考电压发生器(18)提供的电流的装置，并且所述参考电压发生器(18)的输出端直接连接到耦合点(24)，而不在所述参考电压发生器(18)的输出端和所述耦合点(24)之间插入任何电阻性元件。
10.根据前述权利要求中任一项所述的放大器，其特征在于，所述参考电压发生器(18)的输出阻抗小于O. 2欧姆。
全文摘要
本发明涉及一种具有极低失真和高效率的高保真度音频放大器(10)，包括用于待放大的音频信号的输入端(12)和用于使用经放大的所述音频信号来向负载(16)进行馈电的输出端(14)；参考电压发生器(18)，其具有极高的线性和低输出阻抗，所述参考电压发生器(18)能够接收所述待放大的音频信号作为输入；功率电压发生器(20)，其输出端通过耦合阻抗(22)连接到所述参考电压发生器(18)的输出端，所述耦合阻抗(22)的模量至少10倍地低于能够由所述放大器的所述输出端(14)进行馈电的所述负载(16)的阻抗的模量；以及用于在所述功率电压发生器(20)的输入端处输入由所述参考电压发生器(18)在输出端处提供的电流的代表信号的装置(28A、28B、30、32)，所述用于在所述功率电压发生器(20)的输入端处输入由所述参考电压发生器(18)在输出端处提供的电流的代表信号的装置(28A、28B、30、32)能够确保所述功率电压发生器(20)的线性控制。
文档编号H03F3/68GK103004083SQ201080066569
公开日2013年3月27日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月2日
发明者皮埃尔-埃马纽埃尔·卡莫, 马西亚斯·摩仁瓦利 申请人:帝瓦雷公司