一种改善偏置跟随性的功率放大器的制作方法

1.本实用新型涉及音频放大器领域，具体涉及一种改善偏置跟随性的功率放大器。


背景技术：

2.功率放大器是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载(例如扬声器)的放大器。功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。
3.功率放大器一般可以分为a类、b类、a/b类、d类等；例如申请号cn201420530849.5公开了一种ab类功放电路，包括dsp高音信号输入电路、开关静音电路、降功率电路、过温保护电路、电源保护电路、过流限流保护电路、直流保护检测电路、限幅电路、ab功率放大器和高音喇叭；dsp高音信号输入电路输出信号依次通过开关静音电路、降功率电路、ab功率放大器后到高音喇叭；过温保护电路与电源保护电路连接，设有温度探测器与功放散热器连接，所述温度探测器分别与降功率电路和过温保护电路连接；过温保护电路、过流限流保护电路、直流保护检测电路、限幅电路与ab功率放大器连接；直流保护检测电路与电源保护电路连接，限幅电路通过光耦器控制ab功率放大器的输入。
4.申请号cn201910096690.8公开了一种数字功放系统，包括第一组成支路和第二组成支路，第一组成支路包括：串联的第一开关结构和第一电流源，第一电流源包括：第四电阻、第一场效应管、第二场效应管和第二运算放大器，第二组成支路包括：串联的第二开关结构和第二电流源，第二电流源包括：第五电阻、第三场效应管、第四场效应管和第三运算放大器，在应用于数字功放系统时，增加了所述数字模拟转换器的等效输出阻抗，降低了数字功放系统的电源抑制比。传统功率放大器采用模拟偏置，离散性大，偏置跟随性差。
5.本实用新型采用高速采样与信号处理环路，改善偏置跟随性问题的同时有效保护电路不被损毁。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本实用新型提供一种改善偏置跟随性的功率放大器，包括：输入端、偏置功放模块、输出端；还包括电流采样模块、模数转换器、数字信号处理器/dsp、数模转换器、低通滤波器、电流电压转换器和电流控制电压模块；
7.输入端连接偏置功放模块的输入端，偏置功放模块的第一输出端连接输出端，偏置功放模块的第二输出端连接电流采样模块的输入端，电流采样模块的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接dsp的输入端，dsp的输出端连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接电流电压转换器的输入端，电流电压转换器的输出端连接电流控制电压模块的输入端，电流控制电压模块的输出端连接偏置功放模块；
8.模数转换器和数模转换器的采样率为100ksps；
9.电流采样模块内包括电流-电压转换同时进行低通滤波的电路。dsp采集到的信号
以5ms为单位与预先建立的功放偏置模型进行模型匹配。
10.dsp内的功放偏置模型进行两种识别，分别为：
11.1)检测是否存在过载趋势；
12.2)检测功放是否即将超出偏置线性区间；
13.如果存在过载趋势，则关闭功放末级，如果超出偏置线性区，则利用电压控制数据对偏置功放模块进行过拟合补偿，使得偏置功放的功率放大级一直处于高线性区域。
14.功放偏置模型包括两个部分，第一部分为过载识别模型，用于检测是否存在过载趋势并进行相应控制，第二部分为补偿模型用于检测功放是否即将超出偏置线性区间，并施加相应控制；
15.电压控制数据输入数模转换器后经过低通滤波器进入电流电压转换器得到控制电流；控制电流输入电流控制电压模块得到调节电压，调节电压与输入信号一同加载至偏置放大模块。
16.电流采样模块内包括电流-电压转换同时进行低通滤波的电路，将电流信号转换为电压信号同时进行低通滤波；低通滤波的目的为去除带外干扰。
17.偏置功放模块包括两个串联的电阻、一个npn三极管和一个pnp三极管；npn三极管的基极和pnp三极管的基极均连接驱动输出；npn三极管的发射极和pnp三极管的发射极之间连接两个串联的电阻，两个串联的电阻之间为输出；
18.npn三极管的集电极连接vcc，pnp三极管的基极连接vee。
19.dsp芯片采用texas instruments公司的tms320c6713b系列。
20.dsp芯片最大时钟频率300mhz，核心采用tms320。
21.本实用新型的有益效果为：
22.本实用新型adc将测量所得的模拟电压转换为数字，送入dsp，为了确保控制的跟随性以及保护的实时性，adc采样率为100ksps，dsp采集到的信号以5ms为单位与预先建立的功放级偏执模型进行模型匹配，检测是否存在过载趋势、检测功放是否即将超出偏执线性区间，从而决定是否对功放偏执进行调整，存在强过载趋势(短路)，及时关闭功放末级；对于超出偏执先行区(a类区域)，对其进行一定程度的过拟合补偿，从而使得功率放大级一直处于高线性区域，同时降低了固定偏执电流，减低了功耗；保护了设备。解决了传统功率放大器采用模拟偏置，离散性大，偏置跟随性差；本实用新型采用高速采样与信号处理环路，改善偏置跟随性问题的同时有效保护电路不被损毁。
23.本实用新型针对dsp内输入的信号时域-频域变换，将频域的波形能量与能量阈值进行比较，如果波形能量超过能量阈值则dsp控制关闭功放末级；将频域信号的图形以及最强频率fmax、fmax对应的峰高pmax、fmax对应的半高宽wmax、特征频率段的能量值总和m作为输入，对应的电压控制数据作为输出构建神经网络模型，大大提高了数据处理的速度和准确度，改善偏置跟随性问题的同时有效保护电路。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前
提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
25.附图1为本实用新型整体架构示意图；
26.附图2为本实用新型电路结构图。
27.其中q表示三极管，r表示电阻；q4、q6和r3、r4组成功率放大器的输出级；q1、q2、q3、q5、q7、q8、r1、r2、r5、r6和r8构成了功率输出级的比例电流复制器；在r7，op-1,完成电流-电压转换，c1、r7构成低通滤波器，去除带外干扰。
具体实施方式
28.实施例1：
29.参见图1，本实用新型提供一种改善偏置跟随性的功率放大器，包括：输入端、偏置功放模块、输出端；还包括电流采样模块、模数转换器、数字信号处理器/dsp、数模转换器、低通滤波器、电流电压转换器和电流控制电压模块；
30.输入端连接偏置功放模块的输入端，偏置功放模块的第一输出端连接输出端，偏置功放模块的第二输出端连接电流采样模块的输入端，电流采样模块的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接dsp的输入端，dsp的输出端连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接电流电压转换器的输入端，电流电压转换器的输出端连接电流控制电压模块的输入端，电流控制电压模块的输出端连接偏置功放模块；
31.模数转换器和数模转换器的采样率为100ksps；
32.电流采样模块内包括电流-电压转换同时进行低通滤波的电路。
33.具体的，偏置功放模块分别连接输入端和输出端，输入端用于输入信号，经过偏置放大器后进行信号放大，之后通过输出端输出；
34.电流采样模块连接偏置功放模块，用于对偏置功放模块的输出级进行比例电流复制，之后复制的电流通过模数转换模块转换成数字信号输入dsp；
35.信号输入dsp内的功放偏置模型进行匹配，输出电压控制数据；
36.电压控制数据输入数模转换器后经过低通滤波器进入电流电压转换器得到控制电流；控制电流输入电流控制电压模块得到调节电压，调节电压与输入信号一同加载至偏置放大模块。
37.dsp采集到的信号以5ms为单位与预先建立的功放偏置模型进行模型匹配。
38.模数转换器和数模转换器的采样率为100ksps。
39.电压控制数据输入数模转换器后经过低通滤波器进入电流电压转换器得到控制电流；控制电流输入电流控制电压模块得到调节电压，调节电压与输入信号一同加载至偏置放大模块。
40.实施例2：
41.参见图2为本实用新型的电路结构图：
42.dsp芯片采用texas instruments公司的tms320c6713b系列。
43.dsp芯片最大时钟频率300mhz，核心采用tms320。
44.偏置功放模块包括两个串联的电阻r3和r4，一个npn三极管q6和一个pnp三极管q4；npn三极管q6的基极和pnp三极管q4的基极均连接驱动输出；npn三极管q6的发射极和
pnp三极管q4的发射极之间连接两个串联的电阻，两个串联的电阻之间为输出；
45.npn三极管q6的集电极连接vcc，pnp三极管q4的基极连接vee。
46.q1、q2、q3、q5、q7、q8、r1、r2、r5、r6和r8构成了功率输出级的比例电流复制器。
47.r7、op-1和c1并联构成了电流-电压转换同时进行低通滤波的电路，将电流信号转换为电压信号同时进行低通滤波；低通滤波的目的为去除带外干扰。
48.q1、q2、q3、q5为pnp三极管，q7、q8为npn三极管；r1、r2、r5一端连接vcc，r1另一端连接q1发射极，r2另一端连接q2发射极，r3另一端连接q3发射极和q5基极，q5发射极连接vcc，q5集电极连接q3基极之后通过r6接地；
49.q1集电极和基极连接后再连接至q7集电极，q7发射极连接q6发射极，q7基极连接q8基极和q8集电极以及q3的集电极；q2的集电极连接r9的一端以及op-1的负端，r9另一端连接op-1的正端。r7、op-1和c1并联，op-1输出至高速adc，即模数转换器。
50.至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。
51.提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。
52.在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。