专利名称：动平衡开关式音频功率放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及广播扩音器材，是关于一种动平衡开关式音频功率放大器。
现有技术中常用的音频功率放大器有三类第一类是模拟信号甲类功率放大器，电声指标最好，听感舒适，但效率最低，理论上的最高效率只有50％，实际上一般只能保证在45％左右；第二类是模拟信号乙类推挽功率放大器，电声指标逊于甲类，理论上的最高效率只有78.5％，也不够高；至于为改善音质而为全世界广泛采用的介于甲类与乙类之间的甲乙类推挽功率放大器，效率更低于70％；第三类是脉宽调制音频功率放大器，它须产生一固定频率的脉冲，放大信号中含有大量谐波分量，因而谐波损耗较大，大信号时功率开关管的热耗也较大，效率实际难于超过90％，且由于其本身一些固有的弱点，所以该电路实际上未得推广。
本实用新型的目的在于提供一种效率高达99％，电声指标象甲类功放一样优良，且电路结构极为简洁的动平衡开关式音频功率放大器。
本实用新型的目的是这样实现的，即采用动平衡高频扫描开关方式实现音频信号的高保真功率放大。它由外壳，外壳上的指示表头，显示器，开关及壳内的电源及电子线路组成，电子线路包括由两个相同结构的，分别对正负交变的音频信号实现功率放大的电路；本实用新型的特征在于各功率放大电路由取样环节，比较器，推动级，功率开关管及动平衡保持环节组成，比较器的同相输入端为音频信号的输入端，其反相输入端接取样环节的取样点，其输出端接推动级，并通过推动级与功率开关管连接，动平衡保持环节接在地与功率开关管输出极之间；取样环节一端接地线，另一端通过隔离二极管与功率开关管输出端连接；比较器将音频信号各个瞬时的电平与功率开关管相应输出的取样电平不断地进行跟踪比较，使放大电路的输出电平与输入信号的实时电平严格保持一种动平衡关系，即用比较器反相输入端通过取样环节及动平衡保持环节作为比较器输出电平变化的控制端，通过与同相输入端的瞬间音频输入电平进行比较，使比较器输出端的电平发生跃变，从而使推动级及功率开关管导通或截止；功率开关管的导通或截止使动平衡保持环节上的电压升高或下降，又导致取样点电平的升高或降低，再与各瞬间音频输入电平比较后，使比较器的输出电平发生相应的跃变，如此循环往复，从而实现音频信号的高保真功率放大，使放大器既有数字式开关电路高效率的特点，又有纯甲类功放优良的电声指标。经作样机试验，频响极宽，动态范围很大，静场毫无杂音，听感十分舒适。
附图给出了本实用新型的实施实例，通过对附图的描述可进一步理解本实用新型的上述特征。
附
图1为本实用新型音频功率放大器电路图；附图2为本实用新型整机外观结构图。
如图1所示由于音频信号为正负交变的电压信号，因而本音频功率放大电路由分别完成正、负信号放大的相同结构的两部分电路构成。其中，比较器IC1、推动级Tr1和功率开关管Tr3等构成放大电路；比较器IC2、推动级Tr2和功率开关管Tr4等构成负半周信号的功率放大电路。电阻R1与R2组成正半周输出电压的取样环节，取样点A在R1与R2的接点，亦为比较器IC1的反相输入端；电阻R3与R4组成负半周输出电压的取样环节，取样点为B，亦为比较器IC2的反相输入端。比较器接在正负12伏电源之间，其同相输入端为音频信号的输入端，其输出端接推动管的基极，推动管Tr1、Tr2的发射极接地，其中Tr1的集电极通过电阻R7与Tr3的发射极一起接正电源(＋E)。功率开关管的基极与推动极的集电极连接，Tr3、Tr4集电极共同组成音频放大信号的输出端，它可接扬声器SP，并通过对该放大信号起动平衡保持作用的电容C接地。
上述电路的工作过程是这样的开电源之初，当没有音频信号输入时，信号电平和A、B两点电位均为零，比较器IC1输出负电压，比较器IC2输出正电压，迫令推动管Tr1和Tr2均截止，功率开关管Tr3和Tr4也截止，确保放大电路无输出。加信号后，设当音频输入电平为某一正值时，只要A点电位低于它数毫伏，比较器IC1的输出端跃变成正电压，迫令Tr1饱和导通，从而驱动Tr3饱和导通，电容C上的电压迅速升高；一当升到A点电位高出该瞬间音频输出电平数毫伏时，比较器IC1的输出立即翻转成负电压，促使Tr1截止，因而Tr3截止，电容C上的电压随即跌落；一当跌到A点电压比该瞬间音频输入电平低数毫伏时，比较器IC1的输出又立即翻转成正电压，又令Tr1、Tr3饱和导通，再度重复上述过程。如此循环往复，确保输出电压稳定在一个固定值上。下一瞬间，当输入信号变到另一电平时，按照上述平衡过程，输出电压又稳定在另一个相应值上。当输入信号进入负半周，比较器IC2和Tr2、Tr4即开始工作，并随着输入电平的变化，重复正半周时相同的动平衡扫描过程。输入电平由正到负不断变化，输出电压即严格地跟踪变化，扫描频率极高，从而实现音频信号的高保真功率放大。
在上述电路中，比较器选用能保证输出正、负电压的LM311或LM339均可，由于LM339是集电极开路式的比较器，选用R5、R6作拉电阻，将比较器IC1、IC2输出端的电位接到＋12伏电源上。推动管Tr1、Tr2可根据所需工作电压选用耐压恰当的中、小功率晶体管或场效应管，例如选用BF871与BF872视放管。功率开关管Tr3与Tr4则须据工作电压和输出功率选用适当电流与耐压的大功率晶体管或VMOS管，例如选用IRF150和IRF9150两种VMOS管。如单管输出电流不够，可取多管并联满足要求。此外，上述电路中的D1和D2为隔离二极管，由于它们存在0.7伏的开关滞后电压，它们可以由微弱音频信号驱动的电压比较器LM339控制导通的晶体管来代替，这样可确保音质上乘。
附图2为本实用新型整机外壳结构的一个例子，电路位于机壳内，L和R声道频谱显示、指示灯LED、均衡调整、混响调整、放大调整和卡拉OK调整电位器及其它开关都设在台阶形面板上。由于附属调音部分的参量均衡、卡拉OK、数字混响和频谱显示等不属音频功放电路，均为通用成熟电路，在此不赘述。
同现有技术相比，本实用新型的优点是显而易见的由于采用动平衡高频开关扫描方式实现音频信号的高保真功率放大，开关扫描频率极高，避免了功率开关管长时间导通的过大热耗；由于控制与驱动电路耗电极微，可以用毫瓦级音频信号直接变换取得0～260伏任何电压幅度和上千瓦功率等级的纯甲类音频输出信号，而且输出信号中不含谐波分量，电源能量直接转换成音频输出功率，减小音量即可降低电耗，效率可高达99％，电声指标象甲类功放一样优良，同时电路极为简洁。由于电路采用纯开关方式工作，装机时勿须调整偏流或工作点，便于大规模生产。
本实用新型既适家用，也能满足专业使用要求。若全国的有线广播系统和各单位、各家庭广泛使用的扩音机、收录机以及广播、电视和各类通讯发射机中的音频功率放大器全部以本专利技术更新换代，一年节省上的电力就将是上百亿度。由此可见，本实用新型将获得极大的经济效益和社会效益。
权利要求1.一种动平衡开关式音频功率放大器，包括由两个相同结构的，分别对正负交变的音频信号实现功率放大的电路；该电路包括取样环节，比较器，推动极，功率开关管及动平衡保持环节；本实用新型的特征在于1)比较器的同相输入端为音频信号的输入端，其反相输入端接取样环节的取样点，其输出端接推动级基极，并通过推动级的集电极接功率开关管的基极；2)动平衡保持环节为一电容，接在地线与功率开关管输出极之间；3)取样环节为两个串联的电阻，其接点处为取样点，串联电阻的一端接地线，另一端通过隔离二极管与功率开关管输出极连接。
专利摘要本实用新型涉及一种动平衡开关式音频功率放大器，它采用动平衡高频扫描开关方式实现音频信号的高保真放大。其电路由两个相同结构的、分别对正负交变的音频信号实现功率放大的电路组成；它包括取样环节、比较器、推动级、功率开关管及动平衡保持环节。本实用新型既具有数字式开关电路高效低耗的特点，效率可达99％，又有纯甲类功放的优良电声指标，频响极宽，动态范围很大，静场毫无杂音；同时，电路又十分简洁。
文档编号H03F3/217GK2094154SQ9121675
公开日1992年1月22日 申请日期1991年6月27日 优先权日1991年6月27日
发明者王先伦, 石世荣, 刘磊, 周克滨 申请人:王先伦