CN1085360A - 晶体管功放电路的附加电路 - Google Patents

Abstract

本发明分别从晶体管功放电路输入端以及单电 源功放电路输入差动级恒流管基极发射极着手，设置 了相应的附加电路，以实现无信号静态噪声自动切 断，功放管过载与短路保护，功放管过热保护功能。

Description

在晶体管电子音响技术领域中，有静态降噪之说，在静态（不放音）时，人们最讨厌扬声器中发出各种不应有的噪声，例如交流嗡声，背景噪声，磁带暂停不放音或快进快倒时的嘶嘶噪声，开机关机时的冲击噪声等等，一些功放集成块虽然设有静噪控制引出脚，但它们只是被用来克服开机冲击噪声，或被用来在转换使用功能时暂时地关闭功放电路，笔者查阅了近十年来的各种电子技术期刊，检索了相关的专利文献，考察并聆听了大量的音响产品放音，均未发现有与笔者发明相似与雷同的针对晶体管功放电路可实现无信号静态噪声自动切断的电路。

对于大功率输出的功放电路，防止过流与过热问题尤为重要，对此以往的技术中已采取了各种保护措施，笔者同样通过上述查阅与检索，尚未发现有与笔者发明的针对单电源桥式功放电路的输出端过载与短路保护和功放管过热保护的附加电路相似与雷同者。

本发明的目的是试图提供对晶体管功放实现无信号静态噪声自动切断，以及对单电源桥式功放实现输出端过载与短路保护和功放管过热保护的简洁实用的附加电路。

图2为本发明的对单电源功放实现无信号静态噪声自动切断附加电路的实例（并希注意后面还将说明它的变形应用;图3为本发明的对单电源桥式功放实现输出端过载与短路保护和功放管过热保护的附加电路实例（并希注意后面还将说明它的变形应用）;图41，图4-2为本发明的对单电源桥式功放实现输出端过载与短路保护的光电耦合式附加电路实例;图8为本发明的对双电源功放实现无信号静态噪声自动切断附加电路的实例;图9为图2电路的输出端与功放电路的输入端对接的另一种接法图;图10为图2电路的另一种变形应用例。

图1，图5，图6，图7示出了上述发明的各附加电路的部份实施应用举例，图1为被称为交叉负反馈桥式功放的现有技术，其中图1-2、1-1、1-3、的电路分别工作于纯乙类、甲乙类、滑动甲类偏置状态，它们的共同特点之一是整个功放电路的静态电流可通过图中可调电阴W～点调定，图1～3中的W使电路调在纯甲类状态，而工作点的滑动是靠可变电阻三极管实现的，图1电路中A、B为输入端，C、D为输出端，为了便于理解起见，后面叙述中涉及到的所有说明书附图中，凡标有相同字母的点或箭头，是为了说明各图之间相互对接关系，它们有“O、Q、A、I、E、F、P、K”等字母;以上各图中相同标出的C1表示功放输入耦合电容;A表示功放输入端点，Vs表示信号源，各图中相同标出的RT、CT、D、RF3、RS、RP、CK、RY、RD等表示它们在各个电路中所起的作用相同，BG3为功放输入差级恒流管，特此说明。

本发明的目的是这样实现的（请配合上述实施应用举例各图理解）：当有用节目信号（过去了）暂无时;当上述桥式功放输出端出现过载或短路或功放管温升超过设定值时，使得（1）自动地将功放输入端迅速短地;（2）或迅速将输入差分级恒流源三极管的基极短地;（3）或迅速将上述恒流管的发射极通过电阻后到地通路断开，迫使整个功放电路无法输入噪声信号（即处于无信号输出状态）或停止工作来达到无信号静态噪声切断、保护的目的，在具体应用中上述（1），（2），（3）三种方法可灵活交叉使用或单独使用。

在此特别指出，图2，图6中的BG15，图3图5中的BG16，图7中的BG18，图8中的BG19，图9中的BG15，图10中的BG20，它们的工作实质均是在数字信号（高、低电平）作用下起开、关作用，因而它们往往可由其他类型的电子数控开关所代替，例如某些集成化双向开、P沟道结型场管等。为便于理解起见，在后面的叙述中笔者统一使用“数控开关”这一名词。

下面作进一步说明：图2电路中A1、A2为运放组成的两级交流放大器，A3为负反馈型比较器，J点为输入端，它被接到前置电路音量电位器的信号输入臂上（或更前面的信号传输通路的某个节点上），数控开关BG15不接地的那一端上的箭头所指的符号表示可以被选接图1和图5中所标出的一个对应点上，无信号时A3的正相输入端的预置电位VR1远大于反相端电位（虽从前级传入的已被放大的静噪信号已被加到A3反相端上），BG15处于低阻态;当有用信号一到时，经A1、A2放大使A3反相端电位一跃而超过正相端电位，BG15便迅速转为高阻态，结合以上分析不难看到，BG15的开关即可达到无信号静态噪声自动切断的目的，如将图1电路中的P点到地的连线切断，将P点改接到图2电路中BG15不接地的一端上，再将A3的正反相输入端子的接法对调一下，并取消RF3，也可达到同样的目的（参阅图6），在图3电路中，A4为开环比较器RY为取样电阻，数控开关BG16、三极管BG17一端上的箭头所指的符号表示它可以被选接到图1、图6中所标明的其中一对应点上，将图1电路中的两个PNP功放管BG13、BG14的集电极到地的接点断开，改接到图3电路中的K点上，当从功放管流出的电流i超过整定值时，i在Ry上产生的压降将大于A4反相端预置电位VR2，于是BG16便由原来高阻状态转为低阻态，不难看到BG16的开关即可起到功放输出端过载与短路保护作用，如将BG16的不接地端接到图1电路中的P点（P点到地的连线断开），再将A4的正反相输入端的接法对调一下，也可达到同样的目的（见图5）;利用图3电路中的三极管BG17的VBE负温度特性，将它紧贴在功放管散热片上作温度检测之用，调RX使基极电位被预置在一个该管尚未导通的设定值上，当它随功放管温升到某一定值时，BG17即转为低阻状态，可使它起到功放管过热保护作用，有时，设计者为了提高功放指标，将桥式功放电路的供电分为前后级高低压分开供电方式，这时可采用图4-1、图4-2的电路，因为光电耦合器可以把发光管与光敏三极管两个部分的接地回路隔开，便于这两个地分别接往高、低压电源的接地点上，图4-1，图4-2电路中的光敏三极管的集电极箭头所指的符号表示它可被选接到图1，图5，图6电路中所标明的其中一个对应点上，特别强调一点，图4-2电路中L′、M′两接点是串接在两个NPN功放管BG11、BG12的集电极公共供电回路中的（见图4-2中标出的Vcc、O、Q符号并与图1对照），图5为稍加变形的图3电路（A4的两个输入端接法对调）和图2、图4-1、图4-2电路的应用实例，图6为稍加变形的图2电路（A3的两个输入端接法对调）和图2、图4-1、图4-2电路的应用实例，图6为稍加变形的图2电路（A3的两个输入端接法对调并取消反馈电阻RF3）和图3，图4-1，图4-2电路的应用实例，图7为稍变形的图2电路和稍加变形的图3电路的应用实例，以上仅为举例，不难看出，上述举例的无信号噪声自动切断的附加电路，同样适用于单电源功放电路的输入端，以及输入差动级恒流管的基极或发射极上。

值得提出它还对上述举例的单电源桥式功放（当BG15的输出端接在输入级差动电路恒流管发射极或基极上）具有节省静态电流的作用，当用户打开放大器电源而长时间不输入信号时，功放电路各级均无工作电流并处于丝毫无声的关闭状态，这对电子乐器尤为适用，演奏者可以慢慢地读谱练琴，不按下琴键时功放几乎不消耗电能（这对于节约干电池的静态消耗来说有很大意义），并且，彻底消除了与乐器的特性不相称的不演奏时还要发出来的烦人的静噪声。

图2电路中从V+到VR1接入的电解电容可有效地抑制开机冲击噪声，负反馈电阻RF3的作用更不可忽视，它对克服数控开关动作时扬声器发出“嗒、嗒”的开关声起着重要作用，与数控开关并联的电阻RP也起同样作用;电阻RS作用是在BG15呈低阻态时，造成对从前置放大级传来的静噪信号的很大的分压，这样从功放输入端得到的静噪声电压就微乎其微了。电解CK的作用则为对信号源的直流电位隔直，以防止BG15在状态转换时，信号源的直流电位冲击功放输入端而发出开关声。图2电路具有响应速度快，对音频号信号不会产生截头去尾的毛病，也无噪声拖尾现象，它在一首乐曲信号从弱渐强以及从强渐弱的情况下均可以使功放完美地放音，而在有用信号刚刚结束时使功放自动地进入静噪声被切断状态。实际上对于连续的音频信号，数控开关BG15并不是不断地在变换状态的，因为由二极管D的导通电阻与CT组成的充电时间常数小于由CTRT组成的放电时间常数，并且，由于D在静态时已处于正向偏置，因此保证了图2电路对信号前锋来到时具有极块的响应速度。当然，对于劣质音源（如劣质唱片与唱针磨擦发出幅度很大的尖峰脉冲、低档的无磁带放音降噪系统的）以及对于整机防噪设计与工艺低下（如接地不良）的产品，无法依靠图2电路实现无信号自动静噪，因为，此种情况下，图2电路输入端已经混进了足以置数控开关于单一开启状态的无用的噪声信号。

按照高保真放声理论与实践，要实现家庭高保真放音，功率放大器的最大不失直正弦功率应比扬声器的标称功率大3～5倍，但在家用音响产品的设计中，因受便携式家用音响产品干电池电源电压及容量的限制，很难提高放大器的输出功率。虽然采用集成BTL桥式功放可提高4倍输出功率，但静态耗电增加及无有用信号时的静噪声变大成为两大阻力，本发明可以克服上述矛盾，对提高家用音响产品放音质量具有重要实用意义。图1所示举例的桥式功放虽然为分立元件电路，但因它没有输出电容、自举及滞后补偿电容，它的瞬态互调失真（TIM）指标比一般的功放集成IC优越，高音通透明亮，并且具有静耗小的优点。

图9为图2电路稍加变形的应用又一例，其区别为将图2电路中的CK改接到功放输入端与数控开关之间，其余原理和图2完全相同，但实际应用效果比图2差。

图10为图2电路的另一种变形用例，其区别为数控开关的两端是横向放置的，但实际应用效果也不及图2电路好。

图8为适用于正负双电源供电的功放的无信号静态噪声自动切断电路，图中V+、V-为前置放大电路的供电电源，其他工作原理与图2相同，BG19为数控开关。

另应指出，图2、图9、图10电路接在功放输入端的用法，同样适用于前置放大电路为单电源供电，功放电路为双电源供电的场合，只是应当注意功放输入电容C1的极性不要接反。

另外，图8电路中的数控开关，BG19也可以参照图10采用横放的方式，这时仍应如图10那样在BG19的两个开关端接有RS、RP、CK三个元件（详细的示图不再画出）;同样地图8电路也可以参照图9将电容CK接在功放输入端与数控开关不接地的那个开关端子上（略图），而其中RS、RP仍为不可缺少的元件。在某些高级音响产品中，有用信号的有无是可以通过控制系统（如电脑）输出高、低电平的数控信号来体现的，这时也可将这类信号直接接到本文中所述及的无信号静态噪声自动切断电路中二极管D的正极上，这时A1、A2两级交流放大取消（如果上述数控信号直接作用于数控开关的控制端上，会产生开关“嗒”声）。

Claims (9)

1、晶体管功放电路的附加电路，其中对单电源功放实现无信号静态噪声自动切断的附加电路的主要特征在于它的输出端是一个负反馈运放比较器的输出端，该运放输出端通过一个电阻接到它的反相端和通过另一电阻接到数控开关的控制端上，该运放的反相端通过一个电阻接一个电解电容(它的两端并接一个电阻)到地和接一个二极管的负极，该二极管正极接到作两级交流放大的运放的输出端上，上述所有三个运放，是单电源供电的，上述负反馈比较器运放的正相端接一个电阻到地和接另一个电阻(它的二端并一个电容)到电源正极；其中对单电源桥式功放实现输出端过载和短路保护附加电路的输出端是一个开环运放比较器的输出端，它通过一个电阻接数控开关的控制端，该数控开关的一端接地，另一端可以接到单电源桥式功放的输入端、单电源桥式功放输入差动级恒流管的基极、以及一个反相器输入端上，上述开环运放比较器的反相端分别接一个电阻到地和接一个电阻到电源正极，它的正相端接一个另一端接地的取样电阻和接到两个PNP型功放管不接地的集电极上；其中对单源式桥式功放实现功放管过热保护附加电路的输出端是发射极接地的温度检测三极管的集电极(它可分别接到单电源桥式功放的输入端上和接到反相器的控制端上)，其基极通过一个电阻到地和通过另一个电阻接到两个串接着的二极管的正极端上，并再接一个电阻到电源正极，上述两个串接二极管的另一端接地；其中对单电源桥式功放实现光电耦合式输出端过载与短路保护附加电路的输出端是发射极接地的光敏三极管的集电极(它可分别接到单电源桥式功放的输入端上和该功放输入差动级恒流管的基极上以及接到反相器的控制端上)，而发光管与取样电阻并接，靠发光管负极的一端接地，另一端接到两个PNP功放管不接地的集电极上；其中对单电源桥式功放实现光电耦合式输出端过载与短路保护附加电路的另一种程式与上述的特征的区别在于并接的取样电阻与发光管是被串接在两个NPN型功放管集电极的公共供电回路中的，靠发光管负极的一端是供电电流流出端，而另一端则是流入端；其中对双电源功放实现无信号静态噪声自动切断的附加电路，它与上述对单电源功放实现无信号静态噪声自动切断附加电路的区别仅在于它的三个运放均由正负电源供电。

2、根据权利要求1所述的对单电源功放实现无信号静态噪声自动切断的附加电路，其特征是数控开关的一个端点是接地的，另一个端点可以分别直接接到一个反相器的控制端上、单电源桥式功放输入差动级恒流管的基极上。

3、根据权利要求1所述的对单、双电源功放实现无信号静态噪声自动切断的附加电路，其特征在于数控开关的一端接地而另一端与功放输入端的输入耦合电容相接以及通过串接着的一个电容一个电阻接到信号源上，并且接着一个电阻到地。

4、根据权利要求1所述的对单、双电源功放实现无信号静态噪声自动切断附加电路，其特征与权利要求3的区别仅仅在于权项3中所述的从功放输入端到信号源之间的那个串接电容被改接到功放输入端与数控开关之间。

5、根据权利要求1所述的对单、双电源功放实现无信号静态噪声自动切断的附加电路，其特征在于数控开关的一个端点接到功放输入电容上和接一个电阻到地，另一个端点通过串接着的一阻一容与信号源相联接。

6、根据权利要求1所述的对单电源功放实现无信号静态噪声自动切断的附加电路，其特征的区别在于负反馈运放比较器的两个输入端接法对调并且取消了输出端与反相端之间的反馈电阻，并且数控开关不接地的那端通过一个电阻接到单电源桥式功放输入差动级恒流管发射极上。

7、根据权利要求1所述的对单电源桥式功放实现输出端过载和短路保护的附加电路，其特征的区别在于开环运放比较器的两个输入端子对调，数控开关不接地的一端是通过一个电阻接到上述功放输入差动级恒流管的发射极上的。

8、根据权利要求1所述的对单电源桥式功放实现输出端过载和短路保护附加电路以及对单电源功放实现无信号静态噪声自动切断的附加电路，其特征在于上述二个电路的运放比较器的输出端各自接一个二极管的正极，而它们的负极共同接一个电阻到地和接一个数控开关的控制端，该数控开关一端接地，另一端与上述桥式功放输入电容相接与接一个电阻到地，并通过串接着的一阻一容接到信号源上。

9、根据权利要求8所述的附加电路，其特征的区别在于数控开关不接地的那一端是直接接到单电源桥式功放输入差动级恒流管的基极上的。

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