一种基于超前随动偏置的A类音频功率放大器的制作方法

本实用新型涉及音频功率放大领域，具体涉及一种A类音频功率放大器的超前随动偏置方法和采用该方法的A类音频功率放大器。
背景技术：
：目前，随着多媒体技术的发展，家用音频功率放大器、专业音频功率放大器、汽车音响音频功率放大器、便携式多媒体设备音频功率放大器都在飞速发展，可以分为A、B、AB、D、G、H等类型。其中，B类音频功率放大器，功率放大输出管在整个的信号周期中有一半的时间是截止的，虽然理论上的效率可达78.5％，但存在严重的交越失真问题，重放声音很糟糕；AB类音频功率放大器，功率放大输出管在中小信号时是全导通的，以A类的方式工作，在大信号时是半导通的，效率可达50％以上，好的设计，重放声音不错，是目前使用最多的类型，但仍然存在交越失真问题，高频失真也比较大，线性不够好；D类音频功率放大器，是以开关方式工作的，效率高达90％以上，但音质不好，运用在音质要求不高、追求效率、体积小巧的场合；G类和H类音频功率放大器，以A类、AB类的方式工作，通过切换电源电压来提高效率，效率超过50％以上，但电路复杂，成本较高，并容易产生动态失真。而A类音频功率放大器，功率放大输出管在整个的信号周期中连续导通，没有交越失真，静态失真和动态失真都很小，线性非常好，能够最好地重放音乐和保证音质，听感是最好的。一般情况下，为了不出现限幅，A类功率放大输出管的静态工作电流选定为最大输出电流的50％，这对模拟电路中的线性最有好处，但不管有没有音频信号输入需要放大，相当于额定功率的两倍都给无声无息地消耗掉了，需要臃肿的散热系统。在A类音频功率放大器中，最简单的单端输出电路的效率为12.5％，推挽式输出电路的效率有50％，这需要持续的正弦波全功率输出且负载阻抗最优化才能达到。不过，音乐信号，即音频信号的峰值与平均值比总是变化的，信号也是经常不对称的，在实际应用中的效率，与理论值相比总是很低的，一般可以得到1/4～1/5的样子，例如，在实际中单端输出电路的效率为2.5％，推挽式输出电路的效率为10％左右。所以，典型的A类音频功率放大器存在用电量多发热量大、重量大价格高的致命缺点，除了在少数高端的高保真音响以及少数不打折扣的录音室里有些应用以外，其它场合应用很少，更是难以普及。由于A类音频功率放大器具有公认的好音质好听感，而且结构相对简单，所以不少音频功率放大器的设计师不断地针对A类音频功率放大器，围绕提高效率与改善音质进行一些折衷设计，期望能获得更为均衡的性能。常见有滑动偏置、动态偏置、实时偏置、持续高偏置或者超级A类等形式，这些形式匠心独到，但普遍存在改善粗糙、改善有限的问题，特别是建立这些偏置和调整电压或电流要花费更多的时间，明显滞后于输入信号，产生了更多的失真、失去了真正的A类音频功率放大器的好音质好听感，还有一些是偏置的大小和偏置持续的时间不合适，效率提高不明显。技术实现要素：本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于超前随动偏置的A类音频功率放大器，其不仅能够非常明显地提高A类音频功率放大器的工作效率，而且能够充分发挥音频功率放大器的优点，即失真很小、线性很好、听感最佳，在充分保证放大器处于A类工作状态的前提下，以适时地降低偏置来减少功率放大输出电路的静态电流，以实现降低功耗。本实用新型采用如下技术方案：本实用新型所述的一种基于超前随动偏置的A类音频功率放大器，包括电压或电流偏置电路、全波整流电路、幅值保持电路、转换电路和音频功率放大输出电路，所述音频功率放大输出电路用于接收需要放大的音频信号所对应的模拟音频信号，且所述需要放大的音频信号所对应的模拟音频信号用于产生控制电压或电流偏置电路的超前的交流偏置控制信号，所述电压或电流偏置电路为音频功率放大输出电路提供偏置电压或偏置电流，所述放大器还包括延时电路，且音频功率放大输出电路所接收需要放大的音频信经所述延时电路延时后进入音频功率放大输出电路；所述需要放大的音频信所对应的模拟音频信号经过全波整流电路、幅值保持电路及偏置电压转换电路后产生超前随动偏置控制信号，超前随动偏置控制信号从电压或电流偏置电路的控制信号输入端输入并控制电压或电流偏置电路的偏置电压或偏置电流的输出；所述全波整流电路用于对超前的交流偏置控制信号进行全波整流，得到偏置控制信号的绝对值，形成超前脉动偏置控制信号；所述的幅值保持电路用于产生保证功率放大电路工作于A类工作状态，当输入所述幅值保持电路的超前脉动偏置控制信号的幅值相对变小时，幅值保持电路延缓幅值保持电路输出的超前随动缓降偏置控制信号的电压值下降，当输入幅值保持电路的超前随动偏置控制信号的幅值相对变大时，幅值保持电路输出的超前随动缓降偏置控制信号的电压值瞬间上升；所述的偏置电压转换电路用于将脉动偏置控制信号进行同相和反相变换并调整幅值，使之转换成为幅值适合电压或电流偏置电路需要的超前随动偏置控制信号。本实用新型可以采取以下技术措施实现所述放大器的进一步优化：所述幅值保持电路由电容C24、电阻R29和运算放大器U7A组成，并且其输入端与全波整流电路连接，输出端与转换电路连接；其中电容用于保持输入的电压不下降，电阻用于释放电能。所述放大器包括音频缓冲放大电路、数字音量调节电路和音频电压放大电路，所述音频缓冲放大电路用于对延时电路延时后的模拟音频信号进行阻抗匹配和电压放大，所述数字音量调节电路用于对音频缓冲放大电路处理后的模拟音频信号进行聆听音量的调节，所述音频电压放大电路用于对数字音量调节电路处理后的模拟音频信号进行电压放大，电压放大后的模拟音频信号作为音频功率放大输出电路的输入信号。需要放大的音频信号为模拟信号，延时电路为数字音频信号延时电路并在所述放大器中设置模数转换电路及数模转换电路104、106，音频信号输入选择电路输出的模拟信号经过模数转换电路转换后形成数字音频信号，所述模数转换电路输出的数字音频信号经过数模转换电路处理后形成超前的交流偏置控制信号，同时，所述模数转换电路输出的数字音频信号经数字音频信号延时电路延时并经数模转换电路转换后形成模拟音频信号并作为音频功率放大输出电路的输入信号。需要放大的音频信号的音频信号也可以是数字信号，延时电路为数字音频信号延时电路。与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：在选择需要放大的音频信号以后，本实用新型把所选择的需要放大的音频信号进行适当的传输延时获得延时的音频信号，同时直接将所选择的需要放大的音频信号(即不经传输延时的音频信号)作为交流偏置控制信号；然后，延时的音频信号经过缓冲、电压放大等处理后，最终传输到功率放大输出电路进行功率放大；而交流偏置控制信号经全波整流、幅值保持和转换等电路的处理，获得A类音频功率放大器的功率放大输出电路所需要的偏置电压或偏置电流。其中，偏置控制信号、偏置电压或偏置电流与经延时的音频信号相比较，是超前的，可以称之为超前的偏置控制信号、超前的偏置电压或超前的偏置电流；同时，偏置控制信号的来源就是音频信号，与延时的音频信号，即最后经功率放大的音频信号是对应的，而且是每一个声道的信号都是对应的，所以偏置电压或偏置电流的幅值是随着延时的音频信号的幅值按照一定的比例而变化的，即是随动的，经常规电路设计，完全可以使得偏置电压或偏置电流的幅值符合对应的延时的音频信号所需的A类工作状态的要求。因此，可以称这样的偏置电压或偏置电流为超前随动偏置电压或超前随动偏置电流，可以称这样的偏置方式为超前随动偏置方式。交流偏置控制信号经全波整流得到脉动偏置控制信号后进入幅值保持电路，幅值保持电路通过电容的电压保持作用和电阻的放电作用，延缓了超前脉动缓降偏置控制信号的电压下降，如果这时候出现幅值更低的脉动偏置控制信号，即音乐声更小些了，由于全波整流电路的单向二极管只能向下一级电路即向幅值保持电路送出电流而不能回吸电流，这更低的脉动偏置控制信号就不能立即把前面高的幅值拉低，这就确保了前面的大信号可靠地在A类的状态继续完成功率放大，只有等到高幅值的偏置控制信号缓降得更低，即缓降到低于上述低幅值的偏置控制信号以后，低幅值的偏置控制信号与原来高幅值的偏置控制信号相比较就变高了，才能进入幅值保持电路而形成自己的幅值；如果这时候出现更高幅值的偏置控制信号，即音乐声更大些了，就能够立即进入幅值保持电路而拉高幅值形成新的高幅值，并保持即延缓电压下降，这就确保了新的大信号有超前和够大的偏置量进入A类的状态。可见幅值保持电路始终能让更高的幅值保持即延缓电压下降，就是说永远不会让大信号的偏置幅值不够和偏置时间不足，大信号的偏置控制信号的幅值获得了一定的延时，加上偏置控制信号是超前的，偏置时间超前不会滞后，并且适当持续了一些时间，这就使得偏置电压或偏置电流的幅值大小和时间宽度完全能够保证相应的音频信号可靠地工作在它的A类工作状态的范围内。用双踪数字示波器获取的波形图，是实施例3的一种超前随动偏置A类耳机功率放大器正常工作时的超前脉动缓降偏置控制信号与延时的模拟音频信号的波形图，从图中可以看到，超前脉动缓降偏置控制信号总是对应着延时的模拟音频信号超前几毫秒时间随动地为功率放大输出电路提供偏置控制信号，总能保证为所有的音频信号提供足够的偏置，也会适时地降低偏置而减少功率放大输出电路的静态电流来降低功耗。可见，本实用新型得到了实际电路的验证。本实用新型的具体优点是：一、通过对需要放大的音频信号的传输延时，以及对偏置控制信号的合适处理，使得偏置电压或偏置电流的幅值大小和时间宽度完全能够保证相应的音频信号可靠地工作在它的A类工作状态的范围内，完全能够让功率放大输出电路对应正在功率放大的音频信号，超前地、可靠真实地工作在A类工作状态，彻底克服了常见可变偏置滞后带来的失真问题。所以，本实用新型的音频功率放大器是真正的A类音频功率放大器，能够充分发挥A类音频功率放大器失真很小、线性很好、听感最佳的优点。二、偏置控制信号的来源就是即将需要放大的音频信号，与延时的需要放大的音频信号，即最后经过功率放大的音频信号是对应的，而且是每一个声道的信号都是对应的，所以偏置电压或偏置电流的幅值是随着延时的音频信号的幅值按照一定的比例而变化的，即是随动的，有音乐才有偏置，无音乐时只保持在导通的很低的偏置状态，这样，A类音频功率放大器的静态偏置电流都用在音频放大上，没有白白浪费掉；根据偏置控制信号的随动特点，即大声则大偏置，小声则小偏置，无声则极低偏置，而人们聆听音乐时正常情况下不会听大音量的，而且节目之间也有停顿，音乐更是大小强弱不断地变化着，音频信号的峰值与平均值比总是变化的，信号也是经常不对称的，这些情况与现有的A类功率放大器相比较，音乐小声或没有音乐时用电很少，可以节省多得多的电能，而不再像现有的A类功率放大器那样，为了不出现限幅把输出管的静态工作电流选定为最大输出电流的50％，一成不变地消耗着电浪费着电。所以，本实用新型的音频功率放大器采用的节点措施非常有效，效率的提高是明显的。附图说明图1本实用新型的A类音频功率放大器的实施例1的电路框图；图2本实用新型的A类音频功率放大器的实施例2的电路框图；图3本实用新型的A类音频功率放大器的实施例3的电路原理图第一部分(包括：数字音频信号延时电路、偏置控制信号数模转换电路、音频信号数模转换电路)；图4本实用新型的A类音频功率放大器的实施例3的电路原理图第二部分(包括：数字音量调节电路、电压放大电路、全波整流电路、幅值保持电路、转换电路、电流偏置电路、功率输出电路)；具体实施方式实施例1参见图1，一种A类音频功率放大器，采用本实用新型所述的超前随动偏置方法，其包括：音频信号输入选择电路101，数模转换电路102，S/PDIF接收电路110，IIS输入选择电路103，音频信号延时电路108，偏置控制信号数模转换电路104，音频信号数模转换电路106，音频缓冲/放大电路105，数字音量调节电路107，音频电压放大电路109，全波整流电路115，幅值保持电路114，转换电路113，电压或电流偏置电路112，A类音频功率放大输出电路111；与本实用新型无关的A类音频功率放大器的其它构成，例如：电源供应电路、显示电路、控制电路、音效处理、保护电路等，在此就不赘述。所述各部分电路的功能或作用分别如下：音频信号输入选择电路101，用于选择所要聆听的音频信号；模数转换电路102，用于把所选的模拟音频信号进行转换，变成对应的数字音频信号，以便进行数字延时；S/PDIF接收电路110，用于接收S/PDIF格式的数字音频信号，并转换为IIS格式的数字音频信号；IIS输入选择电路103，用于选择由模拟音频信号经模数转换电路转换而得的IIS数字音频信号，或选择由S/PDIF接收而得的IIS数字音频信号；音频信号延时电路108，用于延迟数字音频信号的传输，以便偏置电压或偏置电流能够使功率放大输出电路在相应的音频信号到来之前就能够超前地进入A类工作状态，避免偏置滞后；偏置控制信号数模转换电路104，用于把无延时的数字音频信号转换成偏置电路所需的模拟信号，即转换成超前的交流偏置控制信号；同时在调节聆听音量时同步对DAC芯片操作适当衰减音量，即电平调节，使偏置控制信号随着音频信号幅值的大小而变化的，从而得到合适的随动偏置；音频信号数模转换电路106，用于把经延时的数字音频信号转换成聆听所需的模拟音频信号，即转换成延时的模拟音频信号；音频缓冲/放大电路105，用于音频信号的阻抗匹配和电压放大；数字音量调节电路107，用于调节聆听音量；音频电压放大电路109，用于音频信号的电压放大，使之合适功率放大；全波整流电路115，用于对交流偏置控制信号进行全波整流，得到偏置控制信号的绝对值，形成超前脉动偏置控制信号；幅值保持电路114，用于保持脉动偏置控制信号的幅值延缓其电压下降，始终能让更高的幅值保持即延缓电压下降，就是说永远不会让大信号的偏置幅值不够和偏置时间不足，偏置控制信号的幅值获得了一定的延时，加上偏置控制信号是超前的，偏置时间超前不会滞后，并且适当持续了一些时间，这就使得偏置电压或偏置电流的幅值大小和时间宽度完全能够保证相应的音频信号可靠地工作在它的A类工作状态的范围内。转换电路113，用于把脉动偏置控制信号进行同相或反相变换，或进行适当的放大或衰减，使之转换成为偏置电路的控制信号；电压或电流偏置电路112，用于为功率放大输出电路的提供超前随动偏置电压或超前随动偏置电流，并能保证对应的音频信号工作在A类工作状态；A类音频功率放大输出电路111，用于放大音频信号的功率，使之能够推动扬声器发出音量合适的、声音好听的音乐。所述一种A类音频功率放大器，采用本实用新型所述的超前随动偏置方法，其工作原理及过程如下：首先，通过音频信号输入选择电路101选择需要放大的音频输入信号，如果所选的是模拟音频信号，则模拟音频信号进入模数转换电路102，经转换后得到对应的IIS格式的数字音频信号；如果所选的是数字音频信号，则经过S/PDIF接收电路110接收并转换得到IIS格式的数字音频信号。然后，上述的两路IIS格式的数字音频信号，进入IIS输入选择电路103，选中的IIS格式的数字音频信号分为两路，一路进入数字音频信号延时电路108，进行适当的传输延时后得到延时的IIS格式的数字音频信号，该信号进入音频信号数模转换电路106，经转换后得到延时的需要放大的模拟音频信号；另一路不经传输延时，直接进入偏置控制信号数模转换电路104，经转换后得到超前的交流偏置控制信号，同时在转换过程中转换电路中的DAC芯片配合聆听音量调节需要和根据电路设计的要求适当衰减音量以便得到A类音频功率放大器的功率放大输出电路所需要的偏置电压或偏置电流的幅值。接着，延时的需要放大的模拟音频信号按照常规方式处理，分别进入音频缓冲/放大电路105、数字音量调节电路107、音频电压放大电路109，最后到达A类音频功率放大输出电路111进行功率放大处理。超前的交流偏置控制信号，进入全波整流电路115后，得到绝对值，该绝对值是随音频信号而变化幅值的，于是形成超前的脉动偏置控制信号。超前的脉动偏置控制信号进入幅值保持电路114，幅值保持电路114延缓了脉动偏置控制信号的电压下降，如果这时候出现幅值更低的脉动偏置控制信号，即音乐声更小些了，由于全波整流电路的单向二极管只能向下一级电路即向幅值保持电路送出电流而不能回吸电流，这更低的脉动偏置控制信号就不能立即把前面高的幅值拉低，这就确保了前面的大信号可靠地在A类的状态继续完成功率放大，只有等到高幅值缓降得更低，低幅值的偏置控制信号相对变成高幅值的偏置控制信号，才能进入幅值保持电路而形成自己的幅值；如果这时候出现更高幅值的偏置控制信号，即音乐声更大些了，就能够立即进入幅值保持电路而拉高幅值形成新的高幅值，并保持即延缓电压下降，这就确保了新的大信号有超前和够大的偏置量进入A类的状态；可见幅值保持电路始终能让更高的幅值保持即延缓电压下降，就是说永远不会让大信号的偏置幅值不够和偏置时间不足，偏置控制信号的幅值获得了一定的延时，加上偏置控制信号是超前的，偏置时间超前不会滞后，并且适当持续了一些时间。经过幅值保持电路以后的超前脉动缓降偏置控制信号，通过转换电路113，把超前脉动缓降偏置控制信号进行同相或反相变换，或进行适当的放大或衰减处理，使之转换成为电压或电流偏置电路112的控制信号，这样偏置电路112就能够为功率放大输出电路提供超前随动偏置电压或超前随动偏置电流，让每一个音频信号的静态工作电压或电流随着音频信号的幅值大小合适地偏置在A类工作状态，偏置量不会过大，偏置时间也不会滞后和延长太多，彻底克服了常见可调偏置滞后带来的失真问题，同时A类音频功率放大器的工作效率非常高，从而实现了本实用新型的目的。实施例2参见图2，一种A类音频功率放大器，采用本实用新型所述的超前随动偏置方法，其包括：模拟音频信号输入选择电路201，音量调节电路202，分支电路204，模拟信号延时电路205，音频缓冲电路206，音频电压放大电路203，全波整流电路207，幅值保持电路208，转换电路209，电压或电流偏置电路210，A类音频功率放大输出电路211；与本实用新型无关的A类音频功率放大器的其它必需的构成，例如：电源供应电路、显示电路、控制电路、音效处理、保护电路等，在此就不赘述。所述各部分电路的功能或作用分别如下：音频信号输入选择电路201，用于选择所要聆听的音频信号；音量调节电路202，用于调节聆听音量和偏置控制信号的大小；分支电路204，用于把模拟音频信号分成两路，一路进入模拟信号延时电路205后变成延时的模拟音频信号，另一路不经延时而成为超前的交流偏置控制信号；模拟信号延时电路205，用于延迟模拟音频信号的传输，以便偏置电压或偏置电流能够使功率放大输出电路在相应的音频信号到来之前就能够超前地进入A类工作状态；音频缓冲电路206，用于音频信号的阻抗匹配；音频电压放大电路203，用于音频信号的电压放大，使之合适功率放大；全波整流电路207，用于对交流偏置控制信号进行全波整流，得到偏置控制信号的绝对值，形成超前脉动偏置控制信号；幅值保持电路208，用于保持脉动偏置控制信号的幅值延缓其电压下降，始终能让更高的幅值保持即延缓电压下降，就是说永远不会让大信号的偏置幅值不够和偏置时间不足，偏置控制信号的幅值获得了一定的延时，加上偏置控制信号是超前的，偏置时间超前不会滞后，并且适当持续了一些时间，这就使得偏置电压或偏置电流的幅值大小和时间宽度完全能够保证相应的音频信号稳妥地工作在它的A类工作状态的可靠范围内。转换电路209，用于把脉动偏置控制信号进行同相或反相变换，或进行适当的放大或衰减，使之转换成为偏置电路的控制信号；电压或电流偏置电路210，用于为功率放大输出电路的提供超前随动偏置电压或超前随动偏置电流，并能保证对应的音频信号工作在A类工作状态；A类音频功率放大输出电路211，用于放大音频信号的功率，使之能够推动扬声器发出音量合适的、声音好听的音乐。所述一种A类音频功率放大器，采用本实用新型所述的超前随动偏置方法，其工作原理及过程如下：首先，通过音频信号输入选择电路201选择需要放大的模拟音频输入信号，接着模拟音频信号进入音量调节电路202调节聆听音量，同时也是调节偏置控制信号的大小；然后进入分支电路204，把模拟音频信号分成两路，一路进入模拟信号延时电路205后变成延时的需要放大的模拟音频信号，另一路不经延时而成为超前的交流偏置控制信号。接着，延时的需要放大的模拟音频信号按照常规方式处理，分别进入音频缓冲电路206、音频电压放大电路203，最后到达A类音频功率放大输出电路211进行功率放大处理。超前的交流偏置控制信号进入全波整流电路207后形成超前的脉动偏置控制信号，超前的脉动偏置控制信号进入幅值保持电路208，再通过转换电路209，转换成为电压或电流偏置电路210的控制信号，这样偏置电路210就能够为功率放大输出电路提供超前随动偏置电压或超前随动偏置电流，从而实现了本实用新型的目的。偏置控制信号处理的工作原理与实施例1相同，在此不重复描述。实施例3参见图3和图4，一种A类音频功率放大器，采用本实用新型所述的超前随动偏置方法，是简化了功能、采用一路双声道IIS数字音频信号输入的一种超前随动偏置A类耳机功率放大器，其包括：图3中的数字音频信号延时电路、偏置控制信号数模转换电路、音频信号数模转换电路，以及图4中的数字音量调节电路、电压放大电路、全波整流电路、幅值保持电路、转换电路、电压控制的电流偏置电路、功率输出电路；与本实用新型无关的A类音频功率放大器的其它必需的构成，例如：输入选择电路、S/PDIF接收电路、模数转换电路、电源供应电路、显示电路、控制电路、音效处理、保护电路等，在此就不赘述。所述各部分电路的功能或作用分别如下：音频信号延时电路，用于延迟数字音频信号的传输，以便偏置电流能够使功率放大输出电路在相应的音频信号到来之前就能够超前地进入A类工作状态；偏置控制信号数模转换电路，用于把无延时的数字音频信号转换成偏置电路所需的模拟信号，即转换成超前的交流偏置控制信号；同时在调节聆听音量时同步对DAC芯片U2操作适当衰减音量，即音量电平，使偏置控制信号随着音频信号幅值的大小而变化的，从而得到合适的随动偏置电流；音频信号数模转换电路，用于把经延时的数字音频信号转换成聆听所需的模拟音频信号，即转换成延时的模拟音频信号；音频缓冲/放大电路，用于音频信号的阻抗匹配和电压放大；数字音量调节电路，用于调节聆听音量，同时，采用数字音量调节方式可以方便地联动调节偏置控制信号的幅值，使偏置控制信号能够更加精准地控制偏置电路；音频电压放大电路，用于音频信号的电压放大，使之合适功率放大；全波整流电路，用于对交流偏置控制信号进行全波整流，得到偏置控制信号的绝对值，形成超前脉动偏置控制信号；幅值保持电路，用于保持脉动偏置控制信号的幅值延缓其电压下降，始终能让更高的幅值保持即延缓电压下降，就是说永远不会让大信号的偏置幅值不够和偏置时间不足，偏置控制信号的幅值获得了一定的延时，加上偏置控制信号是超前的，偏置时间超前不会滞后，并且适当持续了一些时间，这就使得偏置电流的幅值大小和时间宽度完全能够保证相应的音频信号可靠地工作在它的A类工作状态的范围内；转换电路，用于把脉动偏置控制信号进行同相和反相变换，使之转换成为偏置电路的电压控制信号；电流偏置电路，用于为功率放大输出电路的提供超前随动偏置电流，并能保证对应的需要放大的音频信号工作在A类工作状态；A类音频功率放大输出电路，用于放大音频信号的功率，使之能够推动扬声器发出音量合适的、声音好听的音乐。所述一种A类音频功率放大器，采用本实用新型所述的超前随动偏置方法，是简化了功能、采用一路双声道IIS数字音频信号输入的一种超前随动偏置A类耳机功率放大器，其工作原理及过程如下：首先，IIS格式的数字音频信号分为两路，一路进入数字音频信号延时电路的延时芯片U1，U1可以选用TI公司的TPA5051型号的数字音频信号延时芯片，延时量的设置由单片机通过IIC端口对延时芯片进行设置，经过传输延时后得到延时的IIS格式的数字音频信号，该信号进入音频信号数模转换电路的DAC芯片U3，经转换后接着经过运算放大器U5进行了低通滤波(LPF)得到延时的模拟音频信号；另一路不经传输延时，直接进入偏置控制信号数模转换电路的DAC芯片U2，经转换后接着经过运算放大器U4进行了低通滤波(LPF)得到超前的交流偏置控制信号，同时在转换过程中U2配合聆听音量调节需要和根据电路设计的要求适当衰减音量以便得到A类音频功率放大器的功率放大输出电路所需要的偏置电流的幅值。延时的需要放大的模拟音频信号经音量调节后，进入电压放大电路，由运算放大器U10进行放大，使之合适功率放大；最后，延时的模拟音频信号进入A类音频功率放大输出电路，输出合适的功率推动耳机。超前的交流偏置控制信号的幅值可以通过DAC芯片U2调节而获得，可以根据延时的模拟音频信号的总音量与偏置电路实际需要之间的关系，把DAC芯片U2的衰减到所需数值。超前的交流偏置控制信号进入由运算放大器U6组成的信号全波整流电路得到超前脉动偏置控制信号，然后超前脉动偏置控制信号通过由C24、R29和U7A组成的幅值保持电路，延缓了脉动偏置控制信号的电压下降，使得偏置电压或偏置电流的幅值大小和时间宽度完全能够保证相应的音频信号可靠地工作在它的A类工作状态的范围内。同时由U7A对偏置控制信号进行放大，使之合适控制电流偏置；而D5用于钳制最低偏置电压，保证功率放大输出电路不会在无信号和小信号时截止。U8A、U9A、Q1、R32、R33构成信号转换电路，将基于地变化的脉动偏置控制信号转变为基于正电源变化的电压信号，用于产生正电压偏置控制信号；U8B、U9C、Q2、R34、R35构成信号转换电路，将基于地变化的脉动偏置控制信号转变为基于负电源变化的电压信号，用于产生负电压偏置控制信号。U9B、Q3、R36、R37构成电压控制的正电流偏置电路，U9D、Q6、R38、R39构成电压控制的负电流偏置电路；U10构成电压放大电路，将音频信号放大到合适的电压幅度；Q4、Q5、R48、R37、R38构成推动级电路，为末级功率放大输出电路提供音频信号推动；Q7、Q8、R49、R50构成功率输出级，至此完成了音频功率放大。这样偏置电路就能够为功率放大输出电路提供超前随动偏置电流，可以让每一个音频信号的静态工作电压或电流随着音频信号的幅值大小合适地偏置在A类工作状态，偏置量不会过大，偏置时间也不会滞后和延长太多，彻底克服了常见可变偏置滞后带来的失真问题，同时A类音频功率放大器的工作效率非常高，从而实现了本实用新型的目的。实施例3所述一种超前随动偏置A类耳机功率放大器，已经设计和试制成功样机，其实际工作情况完全达到设计要求。用仿真软件测试延时的音频信号与功率放大输出电路的静态电流、输出电流的关系，分别输入0.0V、0.5V、1.0V、2.0V、6.0V峰值的1KHz的正弦波进行测试，得到以下数据(括号内的为平均值)：输入数值(V)静态电流(mA)正静态电流(mA)负输出电流(mA)0.000(0.000)2.650-2.6820.000(0.000)0.500(0.354)11.635-11.6988.418(5.953)1.000(0.707)25.473-25.60715.970(11.294)2.000(1.414)57.628-57.92932.070(22.680)6.000(4.243)192.460-193.26896.146(67.996)可见，经过超前随动偏置控制信号控制的偏置电流，完全与音频信号对应地变化，而不是像典型的A类功率放大器那样，为了不出现限幅把输出管的静态工作电流选定为最大输出电流的50％，从而达到省电的效果。用双踪数字示波器获取的波形图，是实施例3的一种超前随动偏置A类耳机功率放大器正常工作时的超前脉动缓降偏置控制信号与延时的模拟音频信号的波形图，从图中可以看到，超前脉动缓降偏置控制信号总是对应着延时的模拟音频信号超前几毫秒时间随动地为功率放大输出电路提供偏置控制信号，总能保证为所有的音频信号提供足够的偏置，也会适时地降低偏置而减少功率放大输出电路的静态电流来降低功耗。可见，本实用新型得到了实际电路的验证。实际聆听实施例3的一种超前随动偏置A类耳机功率放大器，使用AKG品牌千元左右的头戴式耳机聆听音频，低频下潜很好力度强劲而且弹性十足，中频温暖耐听，高频清晰悦耳没有丝毫毛糙，总体听感很好，把音量调到很大连续听狂歌劲舞半小时以上，耳朵也不会感到难受和不适应。这些听感完全符合A类音频功率放大器的表现。我们进行了功耗测试：供电电压为±18V，设定不限幅输出电压为6V，接8Ω的喇叭，最大输出功率为4.5W，如果按照现有的A类功率放大器为了不出现限幅把输出管的静态工作电流设定为最大输出电流的50％，单声道的静态工作电流为：6V/8Ω*50％＝0.375A，为了计算简单不含放大音乐的单声道功率消耗为：(18+18)V*0.375A＝13.5W那么连续开机5个小时双声道的电量消耗为：13.5W*5H*2＝135WH为了进行类比，把实施例3的放大器的音量设置到输出电压为6V，接8Ω的喇叭，连续播放音乐5个小时，测得电量消耗为22WH，超前随动偏置方式的功耗约为现有的A类偏置方式的16％，如果调小音量则功耗更低，可见省电效果是非常好的。经过传输延时的音频信号与不经传输延时的偏置控制信号之间应对应相关，例如，音量的调节必须相关，音效的处理必须在分离交流偏置控制信号之前，只有这样才能得到更加匹配的随动偏置电压或随动偏置电流，让这些偏置电压或偏置电流对应音频信号而言大小比例合适，让每一个音频信号的静态工作电压或电流随着音频信号的幅值大小合适地偏置在A类工作状态，偏置量不会过大，偏置时间也不会滞后和延长太多。在保证经延时的音频信号与不经任何的传输延时的交流偏置控制信号之间对应相关的前提下，交流偏置控制信号的分离点和聆听音量的调节点可以根据设计要求灵活地在音频信号链路中的各个节点选择，而不必局限在上述的分离点和实施例所述的分离点。通过上述方式，本实用新型提供了一种基于超前随动偏置的A类音频功率放大器，能够充分发挥A类音频功率放大器失真很小、线性很好、听感最佳的优点，同时能够非常明显地提高A类音频功率放大器的工作效率。以上参照附图说明了本实用新型的各种优选实施例，但是只要没有背离本实用新型的实质和范围，本领域的技术人员可以对其进行各种形式上的修改和变更，都属于本实用新型的保护范围。当前第1页1 2 3