一种电流反馈型音频功率放大装置的制作方法

本实用新型涉及，具体涉及到一种电流反馈型音频功率放大装置。

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；按电路工作方式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满意。

其中，在分立元件晶体管模拟音频功率放大装置中：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。甲乙类音频功率放大装置的功率和放大的音频信号交越失真介于上述二者之间，是目前音频功率放大器普遍采用的电路形式。

而在晶体管分立或集成的数字音频功率放大装置中，由于晶体管都工作在开关状态，固而开关失真是其固有的缺点，高频响应差。

另外，在采用集成电路的晶体管音频功率放大装置中，还存在如下问题：

由于体积小，元件集中，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；所有元件都工作在高温状态，放大性能差；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。

而电子管音频功率放大装置中也存在如下问题：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对音质具有狂热而苛刻要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成本低廉、制作容易、安全高效、音质优美等优点，且结构简单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电流反馈型音频功率放大装置。

为达上述目的，本实用新型的一个实施例中提供了一种电流反馈型音频功率放大装置，包括两组信号输入输出放大电路以及电流反馈模块、动态偏置模块、静态偏置模块和有源滤波模块；

信号输入输出放大电路包括：

输入放大模块，用于放大输入音频信号；

电压放大模块，用于对输入放大模块放大后的信号进行电压放大；

输出放大模块：用于对电压放大模块输出的信号进行终端的功率放大；

输入放大模块的输入端与音频信号连接，输出端与电压放大模块的输入端连接；电压放大模块的输出端与输出放大模块的输入端连接，输出放大模块的输出端为音频信号输出端；

电流反馈模块用于向输入放大模块反馈音频信号，电流反馈模块的输入端与输出放大模块连接，输出端与输入放大模块连接；静态偏置模块用于为输出放大模块提供静态偏置电流；动态偏置模块用于为输出放大模块提供动态偏置电流；有源滤波模块用于为输入放大模块和电压放大模块提供稳定的电源电压。

本实用新型的一个优化方案中，输入放大模块包括：

串联于音频信号输入端及电阻R2之间的电阻R1；

并联于电阻R1和电容C2、C3与地之间的电阻R2与电容C1；

连接于电阻R1的电容C2和C3；

发射极相连接地的NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q3；

串联于NPN型三极管Q1集电极与前级正电源之间的电阻R3和可调电阻VR；

串联于PNP型三极管Q3集电极与前级负电源之间的电阻R9；

基极连接于NPN型三极管Q1集电极的NPN型三极管Q2；

基极连接于PNP型三极管Q3集电极的PNP型三极管Q4；

串联于NPN型三极管Q2集电极与前级正电源之间的电阻R4；

串联于PNP型三极管Q4集电极与前级负电源之间的电阻R10；

连接于NPN型三极管Q2发射极的硅稳压二极管D1；

连接于PNP型三极管Q4发射极的硅稳压二极管D2；

连接于D1与地之间的电阻R6；

连接于D2与地之间的电阻R7；

连接于C2与R6之间的电阻R5；

连接于C3与R7之间的电阻R8。

本实用新型的一个优化方案中，电压放大模块包括：

基极连接于NPN型三极管Q2集电极与电阻R4上的PNP型三极管Q5；

并联于PNP型三极管Q5的集电极与基极之间的电容C18；

连接在PNP型三极管Q5发射极与前级正电源之间的电阻R11；

基极连接在PNP型三极管Q4集电极的NPN型三极管Q9；

并联于NPN型三极管Q9基极与集电极之间的电容C19；

连接在NPN型三极管Q9发射极与前级负电源之间的电阻R15。

本实用新型的一个优化方案中，静态偏置模块包括：

串联于PNP型三极管Q5集电极与NPN型三极管Q9集电极之间的电阻R12、电阻R13和电阻R14；

基极连接于R12与R13之间，集电极连接于PNP型三极管Q5集电极，发射极连接于NPN型三极管Q9集电极的NPN型三极管Q7。

本实用新型的一个优化方案中，动态偏置模块包括：

集电极连接在电阻R13和R14上，发射极连接在NPN型三极管Q7基极的PNP型三极管Q8；

串联于PNP型三极管Q8基极与地之间的二极管D3和电阻R18。

本实用新型的一个优化方案中，电流反馈模块包括：

连接在电阻R6和电阻R7上的电阻R16和电阻R17；

并联在电阻R16两端的电容C4；

并联在电阻R7两端的电容C5；

连接在NPN型三极管Q1基极与电阻R6上的电阻R5；

连接在PNP型三极管Q3基极与电阻R7上的电阻R8。

本实用新型的一个优化方案中，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Q11与电阻R21；

串联于正电源与输出放大模块输出端之间的NPN型三极管Q13与电阻R25；

串联于输出放大模块输出端与负电源之间的PNP型三极管Q12与电阻R23；

串联于输出放大模块输出端与负电源之间的PNP型三极管Q14与电阻R26；

连接于NPN型三极管Q11发射极与NPN型三极管Q13基极的电阻R22；

连接于PNP型三极管Q12发射极与PNP型三极管Q14基极的电阻R24；

串联于输出放大模块输出端与地之间的电阻R27及电容C17；

并联于输出放大模块输出端与负载之间的电感L和电阻R28。

本实用新型的一个优化方案中，电容C1的规格为100PF/50V；电容C2和电容C3的规格为4.7μF/63V。

本实用新型的一个优化方案中，D1和D2的规格为5.1V/1W稳压二极管。

本实用新型的一个优化方案中，电感L的直径为1mm，圈数为13圈。

综上，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的装置，电路简单、元件普通、成本低廉、使用普通元件装配后也能获得很好的声音效果。此外，本装置生产制作容易，可调电阻VR用于调节中点电压，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；改装方便，要想增大输出功率时只需提高电源电压，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。

此外，本实用新型的装置还具有效率高，发热量低，电源利用率高，稳定可靠性高的特点。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。

本装置采用电流反馈形式，无需任何保稳定附加电路，所以同时具有结构简单、成本低廉、制作容易、安全高效、音质优美等优点。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的示意图；

图2 为本实用新型另一实施例的电路示意图。

电路中采用的各元件的具体型号和参数，如下：

电阻：R1、R4、R6、R7、R10:1K；R2、R5、R8:68K；R9:15K；R11、R15:150Ω；R12:620Ω；R16-17:5.6K；R18:68-100K；R19-20:560Ω；R13-14、R21-24:100Ω；R25-26:0.25Ω/5W；R27-28:10Ω/1W；VR:10K。

电容：C1:100PF/50V；C2-3:4.7μF/63V；C4-5、C18-19:22PF/100V；C6、C11:0.01μF/100V；C7、C12:100μF/63V；C8、C10、C13、C15-17:0.1μF/63V；C9、C14:47μF/63V。

二极管：D1、D2:5.1V/1W稳压二极管；D3:1N4148(开关二极管)；D4、D5:24V/1W稳压二极管。

三极管：Q1、Q6、Q9:C2383(NPN型三极管)；Q3、Q5、Q10:A1013(PNP型三极管)；Q2、Q7:2N5551(NPN型三极管)；Q4、Q8:2N5401(PNP型三极管)；Q11:C2073(NPN型三极管)；Q12:A940(PNP型三极管)；Q13:2SC5200(NPN型三极管)；Q14:2SA1943(PNP型三极管)。

具体实施方式

本实用新型提供了一种电流反馈型音频功率放大装置，包括两组信号输入输出放大电路以及电流反馈模块、动态偏置模块、静态偏置模块和有源滤波模块；

信号输入输出放大电路包括：

输入放大模块，用于放大输入音频信号；

电压放大模块，用于对输入放大模块放大后的信号进行电压放大；

输出放大模块：用于对电压放大模块输出的信号进行终端的功率放大；

输入放大模块的输入端与音频信号连接，输出端与电压放大模块的输入端连接；电压放大模块的输出端与输出放大模块的输入端连接，输出放大模块的输出端为音频信号输出端；

电流反馈模块用于向输入放大模块反馈音频信号，电流反馈模块的输入端与输出放大模块连接，输出端与输入放大模块连接；静态偏置模块用于为输出放大模块提供静态偏置电流；动态偏置模块用于为输出放大模块提供动态偏置电流；有源滤波模块用于为输入放大模块和电压放大模块提供稳定的电源电压。

本实用新型的较佳实施例之一，输入放大模块包括：

串联于音频信号输入端及电阻R2之间的电阻R1；

并联于电阻R1和电容C2、C3与地之间的电阻R2与电容C1；

连接于电阻R1的电容C2和C3；

发射极相连接地的NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q3；

串联于NPN型三极管Q1集电极与前级正电源之间的电阻R3和可调电阻VR；

串联于PNP型三极管Q3集电极与前级负电源之间的电阻R9；

基极连接于NPN型三极管Q1集电极的NPN型三极管Q2；

基极连接于PNP型三极管Q3集电极的PNP型三极管Q4；

串联于NPN型三极管Q2集电极与前级正电源之间的电阻R4；

串联于PNP型三极管Q4集电极与前级负电源之间的电阻R10；

连接于NPN型三极管Q2发射极的硅稳压二极管D1；

连接于PNP型三极管Q4发射极的硅稳压二极管D2；

连接于D1与地之间的电阻R6；

连接于D2与地之间的电阻R7；

连接于C2与R6之间的电阻R5；

连接于C3与R7之间的电阻R8。

本实用新型的较佳实施例之一，电压放大模块包括：

基极连接于NPN型三极管Q2集电极与电阻R4上的PNP型三极管Q5；

并联于PNP型三极管Q5的集电极与基极之间的电容C18；

连接在PNP型三极管Q5发射极与前级正电源之间的电阻R11；

基极连接在PNP型三极管Q4集电极的NPN型三极管Q9；

并联于NPN型三极管Q9基极与集电极之间的电容C19；

连接在NPN型三极管Q9发射极与前级负电源之间的电阻R15。

本实用新型的较佳实施例之一，静态偏置模块包括：

串联于PNP型三极管Q5集电极与NPN型三极管Q9集电极之间的电阻R12、电阻R13和电阻R14；

基极连接于R12与R13之间，集电极连接于PNP型三极管Q5集电极，发射极连接于NPN型三极管Q9集电极的NPN型三极管Q7。

本实用新型的较佳实施例之一，动态偏置模块包括：

集电极连接在电阻R13和R14上，发射极连接在NPN型三极管Q7基极的PNP型三极管Q8；

串联于PNP型三极管Q8基极与地之间的二极管D3和电阻R18。

本实用新型的较佳实施例之一，电流反馈模块包括：

连接在电阻R6和电阻R7上的电阻R16和电阻R17；

并联在电阻R16两端的电容C4；

并联在电阻R7两端的电容C5；

连接在NPN型三极管Q1基极与电阻R6上的电阻R5；

连接在PNP型三极管Q3基极与电阻R7上的电阻R8。

本实用新型的较佳实施例之一，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Q11与电阻R21；

串联于正电源与输出放大模块输出端之间的NPN型三极管Q13与电阻R25；

串联于输出放大模块输出端与负电源之间的PNP型三极管Q12与电阻R23；

串联于输出放大模块输出端与负电源之间的PNP型三极管Q14与电阻R26；

连接于NPN型三极管Q11发射极与NPN型三极管Q13基极的电阻R22；

连接于PNP型三极管Q12发射极与PNP型三极管Q14基极的电阻R24；

串联于输出放大模块输出端与地之间的电阻R27及电容C17；

并联于输出放大模块输出端与负载之间的电感L和电阻R28。

本实用新型的较佳实施例之一，电容C1的规格为100PF/50V；电容C2和电容C3的规格为4.7μF/63V；D1和D2的规格为5.1V/1W稳压二极管；电感L的直径为1mm，圈数为13圈。

本装置为全对称电路，关键在于输入放大电路独树一帜的电路结构，它由两级三极管放大电路组成；整个电路反馈，既有大环路电流负反馈，又有级间局部的电流负反馈。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Q1、Q2与Q3、Q4组成的电路都工作在甲类状态，两部分同时工作，三极管在工作中不存在截止状态，这一点与其它的全对称电路结构的功放完全不同，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，其输入电路部分功不可没。

大环路与局部相结合的电流负反馈形式，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。

D1用于垫高Q2的发射极电压，D2用于拉低Q4的发射极电压，目的是为了提高Q1和Q3的管压降，避免其工作时音频信号产生削顶失真。C4、C5、C18、C19是防高频自激电容，对音质没任何影响。

有源滤波模块的电路是为了给前级提供纯净的，稳定的正负供电电压。

静态偏置电路的作用是为功率输出级电路提供合适的静态电流，减小输出音频信号的交越失真。

动态偏置电路的作用是：当有音频信号输入到电路输入端时，三极管Q7的集电极与发射极之间的电压会自动增高，进一步减小输出音频信号的交越失真，增强电路对微弱信号的放大能力，能够降低静态损耗，提高放大装置的效率。

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。