专利名称：具有包括安全装置的放大器和连接到放大器的滤波器的器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于放大信号的包括放大器电路结构的器件，该放大器包括一个其上产生已放大信号的输出端，还包括安全装置用于限制放大器的输出电流。该电路结构还包括连接到放大器输出端上的滤波器，该滤波器适用于提取已放大信号中不需要的信号分量，其由电容和电阻串联组成。
例如，依据申请人在1995年出版的题为“用于射频和音频系统TDA1386T到TSA6060的半导体”的数据手册，上段所定义的器件是已知的。该数据手册公开了以应用电路形式用于一种集成电路器件(IC)的器件，其型号提定为TDA1514A。
为了处理信号，特别是放大信号，已知器件包括具有放大器的电路结构，和将已放大的信号变为声波和重现声波的扬声器，该电路结构的放大器具有连接到扬声器的一端上的输出端，扬声器的第二个端子连接到参考电位上。在已知器件中扬声器构成连接到放大器上的负载。
如果短路输出口，即放大器输出连接到参考电位端上，放大器将提供比较大的输出电流，其导致放大器的功耗急剧上升，从而使放大器的温度急剧上升。已知器件中的放大器包括安全装置，在输出端被短路时它限制输出电流，因而限制放大器的功耗，它排除由放大器过度功耗继而过度温升引起的损坏，亦排除放大器温度过高引起的损耗。已知器件中的放大器安全装置有功率增大安全装置，它监测功耗向临界功耗的急剧上升，还有温度安全装置，它监测放大器的临界温度。当功率增大安全电路或温度安全装置两者之一监测到临界值时，它们限制放大器的输出电流。
已知器件的电路结构中有滤波器电路连接到放大器的输出端上，该滤波器适宜于消除已放大信号中不需要的高频信号分量。特别地是已放大信号的信号分量有高频且位于器件常用频率范围(从0Hz到20KHz)以外时，由于在器件常用频率范围之上的这些不需要的高频分量增大不希望的干扰，所以它们能产生不利影响。如果电路结构中没有滤波器，不需要的高频成分不能从已放大的信号中消除，将增大该电路结构的不稳定性。在这种情况下当电路结构没有接收到要放大的信号时亦有被放大的信号供给扬声器，导致不希望的干扰。在已知器件中已放大信号的不需要的高频成分由滤波器消除，滤波器由一个电容和一个仅几欧姆的低阻值的电阻串联构成，滤波器的电容直接连接到放大器的输出端，滤波器的电阻连接到参考电位端上。按这种方式滤波器被连到放大器的放大输出端上与扬声器并联。在内行中，该滤波器电路被称作“Boucherot”电路。
在前面段落中定义的这种类型的器件有一定的问题。倘若在故障状态，滤波器的电阻从放大器中得到一个相当大的输出电流，此时滤波器电阻受到一个额外负荷。试举例，由于过度老化即后期表现的故障或者过压，出现故障状态，滤波器电容被击穿，然后形成短路。在这种故障状态下滤波器电阻经电容形成的短路连接到放大器的输出端上。虽然因滤波器缺陷和电容被短路产生相当大的输出电流，但因放大器输出端没有被短路，从而放大器的功耗比临界功耗要小，放大器的安全装置不限制放大器的输出电流。在正常工作状态，除了不需要的高频以外，低频信号分量总是呈现在滤波器电路的电阻上，这也使已放大信号低频大功率信号分量的基本部分在正常工作时仅呈现在负载上，因此，对所说的情况放大器相当大的输出电流的基本部分呈现在该滤波器的电阻上，该电阻仅有小阻值。假如已知器件中滤波器的电阻是商用低成本电阻，则该电阻由经放大器的相当大的输出电流而损坏，导致电阻承担不允许的高温而着火。继而是整个器件着火。由于这个已知的原因，依照安全规则的指示，滤波器的电阻使用安全电阻。当到达比不允许的高温低的给定温度时，这种安全电阻进入不可逆的无负荷状态，这样便排除了构成滤波器电阻的安全电阻到达不允许高温时引起的任何安全危机。然而，这个安全电阻是相当昂贵的，即比商用低成本电阻贵许多，以致使用它们会让前段所述类型的器件成本有不期望的上升。
本发明的目的是避免前面段落中所述类型器件的上述问题和同时避免上述安全危机，且在基本上无任何附加材料设备时提供改进了的器件，其中滤波器电阻可以在无安全电阻时防止过载损坏。
为达到这个目标，依据本发明，前面段落所规定类型的器件的特征在于电路结构另外包含电感电路，构成与滤波器电阻并联的感性电抗。
这样，倘若在故障状态滤波器电容形成短路，与滤波器电阻并联的电感电路有效地对已放大信号的低频大功率信号分量构成短路，导致低频大功率信号分量不经过电阻而经过电感泄漏到参考地电位端上。于是，仅高频大功率信号分量在故障状态加到滤波器电阻上。此分量在正常工作时亦加到滤波器电阻上，此时电容器未构成短路，电阻上并不超载。这样有一个好处，不须用安全电阻来构成滤波器的电阻，而可用商用廉价电阻来构成，且没有安全问题。
在故障情况下，电感对低频大功率信号分量形成短路，于是放大器安全电路监测到短路输出状态并有效地限制放大器输出电流，因此防止放大器损坏，期望的安全再次得到保证。
在正常工作时，滤波器电容工作，仅对高频低功率分量而言电容器实际上是短路的，使滤波器电阻和电感并联。对高频功率信号分量而言，电感构成一个非常高的阻抗，所以滤波器的电感额外还有一个好处，即滤波器对放大信号的特性很难改变。
依据本发明的器件的电感可以由例如铁氧体构成，此时电感由低成本材料获得。然而，据本发明的器件有一有利之处为假如有安全装置的放大器、滤波器以及电感均在印刷电路板上，则电感可由印刷导体构成。具有安全装置的放大器、滤波器和电感被安排在印刷电路板上，非常的紧凑，使与本发明对应的器件结构小巧成为可能，此外，当电感由印刷导体构成时，非常简单，因为用这样的印刷导体获得电感时基本上不用增加材料成本。
据本发明的器件的电感由曲线形状的印刷导体组成，其有一好处是电感由印刷板上一个很小的面积来实现，但电感量很小，因为曲线形状导体的总电感比单独的导体部分的电感的和要小。因此，如果电感由螺旋线印刷导体构成，则对据本发明的器件提供一个非常有利的条件。一个螺旋线印刷导体在印刷电路板上占有非常小的面积，使以有效方式获得特别小面积的电感。而且，螺旋线导体的总电感等于各单独导体部分的电感之和，具有可获得大电感量的优点。
根据本发明的器件的有一更进一步的优点，即与滤波器电阻并联的电感经过滤波器的电容与放大器的放大输出端相连。由此可以实现，经电容提取的不需要的高频信号分量在滤波器电阻和滤波器电容之间的结点上得到利用，其有好处，例如用于测试目的，不需要的信号分量显示在示波器上。
本发明的上述方面以及其他方面将据后述的典型实施例进行表明，按这些典型的实施例装置进行阐述。
现参考图形详细描述本发明，示出两个典型实施例，但本发明不限于此。
图1是依据本发明的第一典型实施例的器件方块图，它包括处理和放大信号的电路结构，其中有放大器和滤波器，后者消除由放大器供给的经放大器输出端到负载的已放大信号中的不需要的信号分量，同时还有经滤波器电容连到放大器放大输出端上的电感，该器件还包括作为负载的扬声器，它与该电路结构相连。
图2中所示为依据本发明的第一实施例的器件，电路安放在印刷电路板上，电感由螺旋线印刷导体构成。
图3为依据本发明的第二实施例的器件的方块图，包括处理和放大信号的电路结构，其包括放大器和滤波器，后者消除由放大器供给的经放大器输出端到负载的已放大信号中的不需要的信号分量，同时还有直接连到放大器放大输出端上的电感，器件还包括作为负载连到电路结构上的马达。
图1所示为依据本发明的器件1，它包括电路结构2，用来处理和放大输入信号SI并提供已放大的信号SA，它还包括连接到电路结构2上的扬声器3，该扬声器将已放大的信号SA变换为声波且发射声波。
器件1有输入端4，经过4将来自连接到4上的信号源5的输入信号加到器件1。该信号源5可以是，例如，无线电接收机或麦克风。器件1的输入端4直接连到电路结构2的输入端6上，对电路结构2提供输入信号S1。该输入信号SI经连到输入端6上的前置放大器7放大，提供已经予放的输入信号SV到连接到该前置放大器7的输入滤波器8。已放大的输入信号SV经输入滤波器8滤波。由输入滤波器8提供的已放大和已滤波的输入信号SF被加到连接到输入滤波器8的放大器的输入端9上。
放大器10包括限制放大器10的输出电流IA的安全装置11，当需要时可予防放大器10由于过度功耗和由此引起的过度温升而造成的损坏。该安全装置11特别限制在输出端短路状态时放大器10的输出电流IA，在此状态下，从放大器10提供被放大信号SA的放大器输出端12被连接到参考电位端13上。
放大器10的安全装置11由功率增大安全装置14和温度安全装置15构成。功率增大安全装置14监控放大器10的功耗，检测功耗朝临界功耗的急剧上升，该临界功耗在输出短路情况下达到，而且还限制输出电流IA，因而限制了输出短路时的功耗，予防了放大器10的损坏。安全装置11中的安全装置15检测放大器10的临界温度并限制输出电流IA，从而限制放大器10的功耗，预防放大器10因过高的温度而造成损坏。
放大器10的放大输出端12与电路结构2的输出端16相连，其上输出有用信号SA。器件1的扬声器3有一个端子接到电路结构2的输出端16上。扬声器3的第二个端子接到参考电位端13上。于是扬声器3便作为负载连接到电路结构2上。
电路结构2包括滤波器17，该滤波器连接到放大器10的放大输出端12上，其用于消除已放大信号SA中的不需要分量，滤波器由电容器18和仅几欧姆的电阻19串联组成。图1所示的依据本发明的器件1的滤波器17的电容器18直接连到放大输出端12上，滤波器17的电阻19连到参考电位端13上。滤波器17将高频小功率信号分量SA排放到参考电位端子13。在内行中，这种滤波器电路被称作“Boucherot”电路。
此外，电路结构2包括电感电路20，构成感性电抗，该电感有一个端子接到滤波器17的电容18和电阻19的结点上，并经电容18接到放大器输出端12上，电感的第二端子接到参考电位端13上，于是与滤波器17的电阻19相并联。
经放大器10在放大输出端12上产生的已放大信号SA具有从0Hz到几百Khz频率范围的频谱。
为说明滤波器17和电感20的作用，将已放大的信号SA的频谱分成两个频率范围是很有用的，对于该两个频率范围滤波器17和电感20有不同的作用。
第一个频率范围有0Hz到大约20KHz的低频大功率信号分量。该低频大功率信号分量经扬声器3变换为声波。已放大信号SA的第二个频率范围有约20KHz到几百KHz的高频信号分量，其被滤波器17基本排除，以去掉在扬声器3中的不良效果。假如电路结构2不包括滤波器17，被放大信号SA的不需要的高频信号分量将不能被消除，这将使结构2的不稳定性增大，在这种情况下，当信号源5不提供输入信号SI到器件1并因此到电路结构2时，电路结构2仍对扬声器提供已放大的信号SA，这将导致不良效果。
在正常工作时滤波器17对已放大信号SA的低频大功率信号分量呈现和与滤波器17相并联的扬声器3的阻抗相比较来说是很高的阻抗，其导致低频大功率分量几乎分部传给扬声器3。在正常工作时滤波器17对不需要的高频但是小功率信号分量呈现比扬声器3的阻抗要低得多的阻抗，其结果为不需要的高频小功率信号分量经滤波器17被排放到参考电位端13，于是不良效果被消除。在正常工作时电感20对经滤波器17排放的高频小功率分量呈现的阻抗和仅几欧姆的电阻19相比较是高的，所以在正常工作时电感20对滤波器17的滤波作用无实际影响。
当电路结构2为故障状态时，其中电容18有缺陷并形成短路，已放大的信号SA和已放大信号SA的低频大功率信号分量到达由电感20和电阻19构成的并联电路。对低频大功率信号分量而言电感20呈现的阻抗和电阻19的阻抗相比较是非常低的，结果是在故障状态低频大功率信号分量经电感20基本上排放到参考电位端子13上。在这种故障状态下，电感20有效地防止低频大功率信号分量经电阻19排放到参考电位端13上，以至电阻19的温度不可能达到不允许的高度。因而避免电阻19的损坏。在这种故障状态下，虽然电阻19很方便地由商用廉价电阻构成但由于电感20的预防措施防止出现安全问题。
在这种故障状态下，高频小功率信号分量按正常状态下同样的方式经电阻19排放到参考电位端，这是因为电感20对高频小功率信号分量的阻抗显著的高于仅几欧姆的电阻19的阻抗。
在电容18形成短路的故障状态，已放大信号SA的信号分量的大部分和放大器10的输出电流IA的大部分经电感20排放到参考电位端13上，因而放大器10的安全装置11检测短路输出状态和限制放大器10的输出电流IA。这防止在电容18被短路的故障状态下由于过度的输出电流IA而造成放大器10的损坏。电感20对已放大信号SA的低频大功率信号分量呈现非常低的阻抗，因此输出端出现几乎短路的情况。
图1所示的根据本发明的器件1中的电感预防措施有优越之处在于滤波器中可采用比较便宜的商用电阻而没有安全风险，甚至在滤波器电容被短路的故障状态亦是如此。特别方便的是电感用印刷导体构成，这将参考图2作更详细的叙述。
图1中根据本发明的器件1亦示于图2中，其中有带安全装置11的放大器10和滤波器17以及电感20均在印刷电路板21上。输入信号SI经构成的电路结构2的输入端6的插座22加到电路组件2，相应图1中信号源5的信号源插座被插入。前置放大器7和输入滤波器8以及带有安全装置11的放大器10均由集成电路23(IC)来实现。
恰当地，电感20由螺旋线印刷导体24形成。由于在印刷电路板上用印刷导体24构成电感20，电感20几乎不增加任何附加材料成本而获得。因电感20用螺旋线导体24构成，电感20在印刷线路板上仅需要非常小的面积。此外，采用这种电感导致螺旋线24的总电感等于单独导体部分分电感之和，用此合适的方法使电感20有相当大的电感量。
图3为根据本发明另一个器件1的示图，其中速度控制器件被接到器件1的输入端4上，作为信号源5。马达25作为负载连到器件1的输出端16上。示于图3的根据本发明的器件1中马达25用于驱动没有示出的密盘走带机构。
滤波器26滤除由放大器10在放大器输出端12上产生的来自已放大信号SA的高频小功率信号分量。滤波器26是由电阻19和电容18组成的串联电路，在当前状态该电阻仅几欧姆且直接连到放大器输出端12上，该电容直接连到参考电位端13上。
在图3所示的器件1中电感20有一端直接连到放大器输出端12，第二端则连到滤波器26的电阻和电容18之间的结点上，经电容18到参考电位端13上。
在正常工作状态滤波器26对已放大信号SA的低频大功率信号分量呈现非常高的阻抗，这是对和滤波器26并联的马达25的阻抗相比较而言的，其结果是低频大功率信号分量几乎全部加到马达25上。在正常工作时滤波器26对高频小功率信号分量呈现的阻抗远小于马达25的阻抗，其结果为高频小功率信号分量经滤波器26排放到参考电位端13上。这将预防电路结构2中出现不稳定性，即可能使马达25按这样一种方式去驱动在被驱动的密盘走带机构中的密盘，即使其与构成信号源S的速度控制器件提供的输入信号SI有点不一致。
在电路结构2的故障状态，电容18有缺陷和形成短路，已放大信号SA和已放大信号SA的低频大功率信号分量到达由电感20和电阻19构成的并联的电路。对低频大功率信号分量而言电感20呈现的阻抗和电阻19的阻抗相比较是非常低的，由此在故障状态低频大功率信号分量基本上经电感20排放到参考电位端13上。在故障状态电感20的预防作用可以方便地阻止低频大功率信号分量经电阻19排放到参考电位端13，由此电阻19的温度不会达到不允许的高度，避免电阻损坏。在故障状态由于电感的预防作用可排除安全危机，虽然电阻19方便地由商用廉价电阻构成。
在故障状态高频小功率信号分量按正常工作状态时相同的途径经电阻19排放到参考电位端13，因为电感20对高频小功率信号分量的阻抗显著的高于仅有几欧姆的电阻19的阻抗。
在故障状态，其中电容18形成短路，已放大信号SA的信号分量的大部分，继而放大器10的输出电流IA的大部分经电感20排放到参考电位端13，使得放大器10的安全电路11测试出短路输出状态并且限制放大器10的输出电流IA。这将阻止在故障状态放大器10因过度的输出电流IA而损坏，其中电容18被短路，电感20仅对已放大信号SA的低频大功率信号分量呈现非常低的阻抗，使得几乎呈现短路输出状态。
图1所示的根据本发明的器件中的电感预防措施有优越性，即滤波器中可以使用便宜的商用廉价电阻而不存在任何安全风险，甚至在滤波器的电容被短路的故障状态亦是如此。
图3所示的根据本发明的器件1中有下列优点，经滤波器26的电容18提取的不需要的高频信号分量，在滤波器的电阻19和电容18之间的结点上能得到利用，还具有这样的优点，例如用于测试目的，这些不需要的信号分量可以显示在示波器上。
权利要求
1.具有一种电路结构的器件，它包括放大信号的放大器，该放大器有放大输出端，在其上放大器产生已放大的信号，该放大器还有限制放大器输出电流的安全装置，电路结构更进一步包括连到放大器的放大输出端上的滤波器，该滤波器适宜于从已放大的信号中提取不需要的信号分量，并包括一个电容和一个电阻的串联电路，其特征在于电路结构额外还包括构成一个感性电抗的电感，与滤波器的电阻并联。
2.按权利要求1中的器件，其特征在于具有安全装置的放大器电路和滤波器以及电感被放在一个印刷电路板上，电感由印刷导体构成。
3.按权利要求2的器件，其特征在于电感由螺旋线导体形成。
4.按权利要求1到3中任一个的器件，其特征在于与滤波器电阻相并联的电感经过滤波器电容连到放大器的放大输出端。
全文摘要
在器件(1)中包括放大器(10),该放大器(10)包括安全装置(11)和滤波器(17),它们被连接到该放大器的输出端(12),滤波器由电容(18)和电阻(13)串联构成,电感(20)与电阻(19)并接,起保护该电阻(19)的作用。
文档编号H05K1/02GK1198268SQ97190935
公开日1998年11月4日 申请日期1997年4月21日 优先权日1996年5月31日
发明者W·菲斯彻尔 申请人:菲利浦电子有限公司