一种电流模音频放大器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电流模音频放大器，由运放电流读出型电压控制电流源、电压增益级、输出缓冲级、负反馈电路、高频补偿电路和偏置电路组成；所述运放电流读出型电压控制电流源连接电压增益级；所述电压增益级连接输出缓冲级；所述负反馈电路连接运放电流读出型电压控制电流源；所述高频补偿电路和偏置电路分别连接运放电流读出型电压控制电流源。本实用新型在不增加成本，不使用特殊元件的情况下，实现了挑战现代音频测试极限的超低失真0.0003％，(20Hz-20kHz全频低于0.0005％)和超宽频响放大(0-500kHz；+0，-3dB)；互调失真(IMD)测试结果中，所有噪音和失真成分均低与110dB。
【专利说明】—种电流模音频放大器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及高保真电子音频【技术领域】，具体涉及一种电流模音频放大器。
【背景技术】
[0002]传统放大器使用负反馈技术希望取得低失真，超宽频率响应。不幸的是，虽然负反馈技术可以降低一般放大器的失真并拓宽频响，但传统的负反馈音频放大器在处理大动态高频信号时引起的瞬态互调失真产生的干刺、不耐听的声音，逐渐成为系统的瓶颈。为了避免瞬态互调失真，需要使用采用浅负反馈甚至是无反馈技术，这些技术付出了高昂的代价，都不能从根本解决问题，还有可能存在系统的稳定性问题，容易由于电路故障烧毁机器甚至扬声器。
[0003]由于传统负反馈电路存在的相移问题，使得传统音频放大器在高频时(6kHz以上)失真度相对于IkHz时明显恶化，无法做到全频超低失真。
[0004]目前高格式母带音乐盛行，音源的频带延伸至100kHz，动态范围高达120dB，传统电压模音频放大器由于电路结构的限制，无法做到超宽频响。人们对宽频、低失真的新型高保真功率放大器需求更加迫切。
[0005]1975年，Gilbertc创造了“跨导线性”这个词，并在ISSCC上首次报道，标志着电流模概念被正式提出。1989年的第87届AES学会上，英国学者D.Cffadsworth首次提出了电流模电路在音频上的应用可以换来的超高速，超低失真的技术性能。2005年王丰硕(专利申请本人)申请了基于全分立器件的“电流模高保真功率放大器”实用新型专利。但是由于放大器性能依赖分立器件的配对和筛选，电流模放大器内部的跨导线性(Transliner-TL)回路对晶体管的匹配有严格要求，存在产品性能一致性，以及实际生产成本较高的问题。在电流模电路中，影响速度和带宽的晶体管极间电容工作在阻抗很低的节点上(一般只有几欧到几十欧姆，是一般电压模放大器节点阻抗的百分之一到千分之一)，在大摆幅的电流信号作用下，晶体管极间电容的充放电可以很快完成，因此大信号下的工作速度比传统的电压模电路快很多，也避免了电路中的寄生电容对失真度的影响。因而电流模电路具有超高精度，超低失真。
【发明内容】
[0006]本实用新型针对上述问题，提供一种电流模音频放大器。
[0007]本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是:一种电流模音频放大器，由运放电流读出型电压控制电流源、电压增益级、输出缓冲级、负反馈电路、高频补偿电路和偏置电路组成；所述运放电流读出型电压控制电流源连接电压增益级；所述电压增益级连接输出缓冲级；所述负反馈电路连接运放电流读出型电压控制电流源；所述高频补偿电路和偏置电路分别连接运放电流读出型电压控制电流源。
[0008]进一步地，所述运放电流读出型电压控制电流源包括通用单通道运算放大器Ul、第三三极管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1、第一二极管D1、第六电容C6、第六电阻R6、第七三极管Q7、第二二极管D2、第九电容C9、第十九电阻R19、第十三极管Q10、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24 ;所述第三三极管Q3发射极连接运算放大器Ul的第7管脚；所述第一电阻R1、第一三极管Ql的基极连接第三三极管Q3的集电极；所述第一二极管Dl负极连接第三三极管Q3的集电极，正极连接地；所述第六电容C6 —端连接第三三极管Q3的集电极，另一端连接地；所述第六电阻R6 —端连接第一三极管Ql的发射极，另一端连接地；所述第七三极管Q7的发射极连接运算放大器Ul的第4管脚；所述第二二极管D2的正极连接第七三极管Q7的基极，负极连接地；所述第九电容C9的一端连接第七三极管Q7的基极，另一端连接地；所述第十九电阻R19 —端接地，另一端连接第十三极管QlO的发射极；所述第二十三电阻R23、第十三极管QlO的基极连接第七三极管Q7的集电极。
[0009]更进一步地，所述电压增益级包括第二三极管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三二极管D3、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第十一三极管Qll及第二十五电阻R25 ;所述第三电阻R3 —端连接第二三极管Q2的发射极，另一端连接第一电阻R1、第二电阻R2及第一三极管Ql的集电极；所述第四电阻R4 —端连接第二三极管Q2的基极，另一端连接第一三极管Ql的发射极；所述第五电阻R5 —端连接第二三极管Q2的集电极，另一端接地；所述第三二极管D3正极连接第二三极管Q2的集电极，负极连接第十一三极管Qll的集电极和第二十一电阻R21 ;所述第二十二电阻R22—端连接第十三极管QlO的发射机，另一端连接第十三极管QlO的基极；所述第二十五电阻R25 —端连接第十一三极管Qll的发 射极，另一端连接第二十三电阻R23、第二十四电阻R24及第十三极管QlO的集电极。
[0010]更进一步地，所述输出缓冲级包括第五三极管Q5、第七电阻R7、第而是电阻R20、第九三极管Q9、第一电容Cl、第二电容C2、第十电容ClO及弟十一电容Cll ;所述第一电容Cl的一端、第二电容C2的一端、第五三极管Q5的集电极连接正15V,第一电容Cl、第二电容C2的另一端分别连接地；所述第五三极管Q5的基极连接第二三极管Q2的集电极；所述第五三极管Q5的发射极通过第七电阻R7连接音频放大器输出端；所述第九三极管Q9的发射极通过第二十电阻R20连接音频放大器输出端；所述第九三极管Q9的基极连接第十一三极管Qll的集电极；所述第十电容ClO的一端、第十一电容Cll的一端、第九三极管Q9的集电极连接负15V，第十电容C10、第十一电容Cll的另一端分别连接地。
[0011]更进一步地，所述负反馈电路包括第十电阻R10、第十五电阻R15及第十七电阻R17 ;所述第十电阻RlO—端连接运算放大器Ul的第6管脚，另一端连接放大器输出端；所述第十五电阻R15 —端连接运算放大器Ul的第I管脚，另一端连接放大器输出端；所述第十七电阻R17 —端连接运算放大器Ul的第2管脚，另一端连接地。
[0012]更进一步地，所述高频补偿电路包括第八电容CS ;所述第八电容CS —端连接运算放大器Ul的第2管脚，另一端连接运算放大器Ul的第6管脚。
[0013]更进一步地，述偏置电路包括第十二电阻R12 ;所述第十二电阻R12—端连接运算放大器Ul的第6管脚，另一端连接地。
[0014]本实用新型的优点:
[0015]本实用新型在不增加成本，不使用特殊元件的情况下，实现了挑战现代音频测试极限的超低失真0.0003%, (20Hz-20kHz全频低于0.0005% )和超宽频响放大(0_500kHz ；+0，-3dB);互调失真(MD)测试结果中，所有噪音和失真成分均低与llOdB。电流模放大器全功率带宽接近于闭环带宽，转换速率随输入信号幅度线性增长，这些特点同传统电压模放大器完全不同，实现厂超低失真和超高速放大。超低失真，高速放大特性才可以具备超凡入圣的高保真度和音乐再现能力。保证了产品性能的一致性和可靠性，并实现了更高性能的技术指标。
[0016]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
[0018]图1是本实用新型实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0020]参考图1，如图所示的一种电流模音频放大器，由运放电流读出型电压控制电流源、电压增益级、输出缓冲级、负反馈电路、高频补偿电路和偏置电路组成；所述运放电流读出型电压控制电流源连接电压增益级；所述电压增益级连接输出缓冲级；所述负反馈电路连接运放电流读出型电压控制电流源；所述高频补偿电路和偏置电路分别连接运放电流读出型电压控制电流源。
[0021] 所述运放电流读出型电压控制电流源包括通用单通道运算放大器Ul、第三三极管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1、第一二极管D1、第六电容C6、第六电阻R6、第七三极管Q7、第二二极管D2、第九电容C9、第十九电阻R19、第十三极管Q10、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24 ;所述第三三极管Q3发射极连接运算放大器Ul的第7管脚；所述第一电阻R1、第一三极管Ql的基极连接第三三极管Q3的集电极；所述第一二极管Dl负极连接第三三极管Q3的集电极，正极连接地；所述第六电容C6 —端连接第三三极管Q3的集电极，另一端连接地；所述第六电阻R6 —端连接第一三极管Ql的发射极，另一端连接地；所述第七三极管Q7的发射极连接运算放大器Ul的第4管脚；所述第二二极管D2的正极连接第七三极管Q7的基极，负极连接地；所述第九电容C9的一端连接第七三极管Q7的基极，另一端连接地；所述第十九电阻R19 —端接地，另一端连接第十三极管QlO的发射极；所述第二十三电阻R23、第十三极管QlO的基极连接第七三极管Q7的集电极。
[0022]所述电压增益级包括第二三极管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三二极管D3、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第十一三极管Qll及第二十五电阻R25 ;所述第三电阻R3 —端连接第二三极管Q2的发射极，另一端连接第一电阻R1、第二电阻R2及第一三极管Ql的集电极；所述第四电阻R4 —端连接第二三极管Q2的基极，另一端连接第一三极管Ql的发射极；所述第五电阻R5 —端连接第二三极管Q2的集电极，另一端接地；所述第三二极管D3正极连接第二三极管Q2的集电极，负极连接第十一三极管Qll的集电极和第二十一电阻R21 ;所述第二十二电阻R22—端连接第十三极管QlO的发射机，另一端连接第十三极管QlO的基极；所述第二十五电阻R25 —端连接第^ 三极管Qll的发射极，另一端连接第二十三电阻R23、第二十四电阻R24及第十三极管QlO的集电极。
[0023]所述输出缓冲级包括第五三极管Q5、第七电阻R7、第而是电阻R20、第九三极管Q9、第一电容Cl、第二电容C2、第十电容ClO及弟十一电容Cll ;所述第一电容Cl的一端、第二电容C2的一端、第五三极管Q5的集电极连接正15V，第一电容Cl、第二电容C2的另一端分别连接地；所述第五三极管Q5的基极连接第二三极管Q2的集电极；所述第五三极管Q5的发射极通过第七电阻R7连接音频放大器输出端；所述第九三极管Q9的发射极通过第二十电阻R20连接音频放大器输出端；所述第九三极管Q9的基极连接第十一三极管QlI的集电极；所述第十电容ClO的一端、第十一电容Cll的一端、第九三极管Q9的集电极连接负15V，第十电容C10、第十一电容Cll的另一端分别连接地。
[0024]所述负反馈电路包括第十电阻R10、第十五电阻R15及第十七电阻R17 ;所述第十电阻RlO—端连接运算放大器Ul的第6管脚，另一端连接放大器输出端；所述第十五电阻R15—端连接运算放大器Ul的第I管脚，另一端连接放大器输出端；所述第十七电阻R17 —端连接运算放大器Ul的第2管脚，另一端连接地。
[0025]所述高频补偿电路包括第八电容CS ;所述第八电容CS—端连接运算放大器Ul的第2管脚，另一端连接运算放大器Ul的第6管脚。
[0026]所述偏置电路包括第十二电阻R12 ;所述第十二电阻R12 —端连接运算放大器Ul的第6管脚，另一端连接地。
[0027]输入电压信号首先通过由Ul的同相(+)或者反相(_)输入端，由于Ul的负载R12,输入电压信号在Ul的4脚和7脚上有对应的电流信号输出，完成VCCS的过程。Q3，Q7将VCCS变化的电流读出， 传递到Rl和R23，变换成电压信号，并由Ql和QlO缓冲后送给Q2和Qll完成电压放大，最后经过Q5和Q9输出驱动负载。R10，R15，R17，C8组成双环路负反馈，保证了系统的性能和稳定性。以运算放大器为核心，结合一对NPN和PNP互补管Q3，Q7构成。Q3，Q7的发射级接运算放大器的正负电源引脚，基极由Dl和D2设定偏置电压。D1，D2设定Q3和Q7的偏置，并确定Ul的工作电压。Ul的静态电流决定Q3和Q7的静态电流。Rl和R23将Q3，Q7读出的电流转化为电压，并由Ql和QlO缓冲后送给一对互补NPN和PNP构成的电压放大级Q2和Qll完成电压放大。R15和R17构成大环路负反馈网络，电阻R15的一端接输出，一端接Ul的反相输入端，取值范围在500-2000欧之间。R17—端接Ul的反相输入端，另外一端接地。C8构成高频补偿电容，C8的一端接Ul的输出端，一端接Ul的反相输入端，取值范围在100-2000PF之间。通过调节C8的容量来调节放大器的频率响应。R12构成Ul的负载电阻，R12的一端接Ul的输出端，一端接地，取值范围在100-2000欧姆之间。
[0028]本实用新型在不增加成本，不使用特殊元件的情况下，实现了挑战现代音频测试极限的超低失真0.0003%, (20Hz-20kHz全频低于0.0005% )和超宽频响放大(0_500kHz ；+0，-3dB);互调失真(MD)测试结果中，所有噪音和失真成分均低与llOdB。电流模放大器全功率带宽接近于闭环带宽，转换速率随输入信号幅度线性增长，这些特点同传统电压模放大器完全不同，实现了超低失真和超高速放大。超低失真，高速放大特性才可以具备超凡入圣的高保真度和音乐再现能力。保证了产品性能的一致性和可靠性，并实现了更高性能的技术指标。
[0029]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电流模音频放大器，其特征在于，由运放电流读出型电压控制电流源、电压增益级、输出缓冲级、负反馈电路、高频补偿电路和偏置电路组成；所述运放电流读出型电压控制电流源连接电压增益级；所述电压增益级连接输出缓冲级；所述负反馈电路连接运放电流读出型电压控制电流源；所述高频补偿电路和偏置电路分别连接运放电流读出型电压控制电流源。
2.根据权利要求1所述的电流模音频放大器，其特征在于，所述运放电流读出型电压控制电流源包括通用单通道运算放大器U1、第三三极管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1、第一二极管D1、第六电容C6、第六电阻R6、第七三极管Q7、第二二极管D2、第九电容C9、第十九电阻R19、第十三极管Q10、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24 ;所述第三三极管Q3发射极连接运算放大器Ul的第7管脚；所述第一电阻R1、第一三极管Ql的基极连接第三三极管Q3的集电极；所述第一二极管Dl负极连接第三三极管Q3的集电极，正极连接地；所述第六电容C6 —端连接第三三极管Q3的集电极，另一端连接地；所述第六电阻R6 —端连接第一三极管Ql的发射极，另一端连接地；所述第七三极管Q7的发射极连接运算放大器Ul的第4管脚；所述第二二极管D2的正极连接第七三极管Q7的基极，负极连接地；所述第九电容C9的一端连接第七三极管Q7的基极，另一端连接地；所述第十九电阻R19 一端接地，另一端连接第十三极管QlO的发射极；所述第二十三电阻R23、第十三极管QlO的基极连接第七三极管Q7的集电极。
3.根据权利要 求2所述的电流模音频放大器，其特征在于，所述电压增益级包括第二三极管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三二极管D3、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第十一三极管Qll及第二十五电阻R25;所述第三电阻R3 —端连接第二三极管Q2的发射极，另一端连接第一电阻R1、第二电阻R2及第一三极管Ql的集电极；所述第四电阻R4 —端连接第二三极管Q2的基极，另一端连接第一三极管Ql的发射极；所述第五电阻R5 —端连接第二三极管Q2的集电极，另一端接地；所述第三二极管D3正极连接第二三极管Q2的集电极，负极连接第十一三极管Qll的集电极和第二十一电阻R21 ;所述第二十二电阻R22—端连接第十三极管QlO的发射机,另一端连接第十三极管QlO的基极；所述第二十五电阻R25 —端连接第^ 三极管Qll的发射极，另一端连接第二十三电阻R23、第二十四电阻R24及第十三极管QlO的集电极。
4.根据权利要求3所述的电流模音频放大器，其特征在于，所述输出缓冲级包括第五三极管Q5、第七电阻R7、第而是电阻R20、第九三极管Q9、第一电容Cl、第二电容C2、第十电容ClO及弟^ 电容Cll ;所述第一电容Cl的一端、第二电容C2的一端、第五三极管Q5的集电极连接正15V，第一电容Cl、第二电容C2的另一端分别连接地；所述第五三极管Q5的基极连接第二三极管Q2的集电极；所述第五三极管Q5的发射极通过第七电阻R7连接音频放大器输出端；所述第九三极管Q9的发射极通过第二十电阻R20连接音频放大器输出端；所述第九三极管Q9的基极连接第十一三极管Qll的集电极；所述第十电容ClO的一端、第i 电容Cll的一端、第九三极管Q9的集电极连接负15V,第十电容C10、第^ 电容Cll的另一端分别连接地。
5.根据权利要求2所述的电流模音频放大器，其特征在于，所述负反馈电路包括第十电阻R10、第十五电阻R15及第十七电阻R17 ;所述第十电阻RlO —端连接运算放大器Ul的第6管脚，另一端连接放大器输出端；所述第十五电阻R15 —端连接运算放大器Ul的第I管脚，另一端连接放大器输出端；所述第十七电阻R17—端连接运算放大器Ul的第2管脚，另一端连接地。
6.根据权利要求2所述的电流模音频放大器，其特征在于，所述高频补偿电路包括第八电容CS ;所述第八电容CS —端连接运算放大器Ul的第2管脚，另一端连接运算放大器Ul的第6管脚。
7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的电流模音频放大器，其特征在于，所述偏置电路包括第十二电阻R12 ;所述第十二电阻R12 —端连接运算放大器Ul的第6管脚，另一端连接地 。
【文档编号】H03F3/20GK203800893SQ201420119514
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】王丰硕 申请人:王丰硕