专利名称：功率增大为2的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的复合晶体管及其高保真音响功率放大器，特别是涉及一种功率增大为2n倍的复合晶体管及其超保真开环恒流功率放大器。
在晶体管功率放大器中，为获得更大的电流放大，常把两只或多只晶体管直接耦合成复合管，又称达林顿管。达林顿管的电流放大系数，等于组成它的所有晶体管电流放大系数的乘积。达林顿管的类型取决于组成它的输入管，达林顿管的功率取决于组成它的输出管。显然，电流放大系数增大是达林顿管的优势，但功率不能增大是达林顿管的缺点。为获得更大的功率，常把两只或多只晶体管并联成组合管。不论组成组合管的晶体管数目有多少，它的电流放大系数仍保持组成它的单只晶体管的电流放大系数不变，但它的功率增大为组成它的单只晶体管的功率乘以组成它的晶体管数目。组合管要求组成它的晶体管的类型和特性一致，以使各管的电流均衡。挑选特性完全相同的晶体管，在现实中并非易事。另外，晶体管并联后，输入阻抗减小，输入电容增大，不利于高频场合使用。很明显，组合管的优势是具有很大的功率，缺点是保持单只晶体管的电流放大系数不变，而且输入阻抗减小，输入电容加大，不利于高频应用。此外，挑选特性完全一致的晶体管也比较困难。
名称为“超保真开环晶体管恒流放大器”的98104569.3号中国专利申请和名称为“不平衡/平衡变换超保真开环晶体管恒流放大器”的98107268.2号中国专利申请，虽然都实现了开环和输出电流恒定并排除了输出电流中的失真因子β，98107268.2号申请还实现了不平衡/平衡变换和超大动态，但是它们在用作大功率放大器时，因使用的是达林顿管，故输出功率受到限制。
本发明的目的，在于提供一种将达林顿管与组合管优势互补并排除其缺点的功率增大为2n倍的新型晶体复合管以及由这种复合管构成的超保真开环恒流功率放大器，但并不排除这种复合管在其它大功率场合的应用。
本发明是这样实现的将一只输入晶体管与2n-2只中间晶体管和2n只输出晶体管相复合，除输入管外，中间管和输出管均由双极型异极性互补对管组成，前一级管的集电极和发射极分别连接后一级互补对管的基极，输出互补对管的集电极和发射极可并联连接、串联连接和混合连接。n取自然数，表示复合的节数。后一级管的数目每增加为前一级管的两倍，称为一节。
由于本发明将达林顿管与组合管的优势互补在一起，排除了它们的缺点，故使复合管在电流放大系数≥达林顿管的前提下，功率可增大为达林顿管的2n倍，同时还解决了组合管输入阻抗低、输入电容大和选管困难等问题。
附
图1至附图24是本发明的结构图。
附图25至附图31是本发明的实施例。
现结合附图作进一步说明如图1、2、3、4，n取1的一节复合管8、9，由输入晶体管4和输出晶体管5、6连接构成，其特征是输出管5、6为异极性互补对管，输入管4的集电极和发射极分别连接输出管5、6的基极。图1、2中，输出管5的发射极和集电极与输出管6的集电极和发射极并联。图3、4中，输出管5、6的集电极相连。
如图5、6、7、8、9、10、11、12，n取2的二节复合管8、9，由输入晶体管4、中间晶体管5、6和输出晶体管10、11、12、13连接构成，其特征是中间管5、6和输出管10、11、12、13为异极性互补对管，输入管4的集电极和发射极分别连接中间管5、6的基极，中间管5、6的发射极和集电极分别连接输出管10、13、11、12的基极。图5、6中，输出管10、12的发射极和集电极与输出管11、13的集电极和发射极并联。图7、8中，输出管10、11的集电极相连，输出管12、13的集电极相连，输出管11、12的发射极相连。图9、10中，输出管10、11的集电极相连，输出管12、13的集电极相连，输出管10、12的发射极相连，输出管11、13的发射极相连。图11、12中，输出管10的发射极和集电极与输出管11的集电极和发射极并联，输出管12的发射极和集电极与输出管13的集电极和发射极并联，输出管10、13的集电极与输出管11、12的发射极相连。
如图13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24，n取3的三节复合管8、9，由输入晶体管4、中间晶体管5、6、10、11、12、13和输出晶体管15、16、17、18、19、20、21、22连接构成，其特征是中间管5、6、10、11、12、13和输出管15、16、17、18、19、20、21、22为异极性互补对管，输入管4的集电极和发射极分别连接中间管5、6的基极，中间管5、6的发射极和集电极分别连接中间管10、13、11、12的基极，中间管10、11、12、13的发射极和集电极分别连接输出管15、18、19、22、16、17、20、21的基极。图13、14中，输出管15、17、19、21的发射极和集电极与输出管16、18、20、22的集电极和发射极并联。图15、16中，输出管15、16的集电极相连，输出管16、17的发射极相连，输出管17、18的集电极相连，输出管18、19的发射极相连，输出管19、20的集电极相连，输出管20、21的发射极相连，输出管21、22的集电极相连。图17、18中，输出管15、16的集电极相连，输出管16、17的发射极相连，输出管17、18的集电极相连，输出管18、22的发射极相连，输出管19、15的发射极相连，输出管19、20的集电极相连，输出管20、21的发射极相连，输出管21、22的集电极相连。图19、20中，输出管15、16的集电极相连，输出管17、18的集电极相连，输出管19、20的集电极相连，输出管21、22的集电极相连，输出管15、17的发射极相连，输出管20、22的发射极相连，输出管16、18、19、21的发射极相连。图21、22中，输出管15的发射极与输出管16的集电极相连，输出管16、17的发射极与输出管15、18的集电极相连，输出管18、19的发射极与输出管17、20的集电极相连，输出管20、21的发射极与输出管19、22的集电极相连，输出管21的集电极与输出管22的发射极相连。图23、24中，输出管15、17的发射极与输出管16、18的集电极相连，输出管19、21的集电极与输出管20、22的发射极相连，输出管15、17、20、22的集电极与输出管16、18、19、21的发射极相连。
同理，可有n取4、5、6、......的四节、五节、六节......复合管。当n取4时，四节复合管由输入管4、24-2＝14只中间管和2n＝16只输出管连接构成；当n取5时，五节复合管由输入管4、25-2＝30只中间管和25＝32只输出管连接构成；当n取6时，六节复合管由输入管4、26-2＝62只中间管和26＝64只输出管连接构成；......
输入管4，可以是双极型晶体管，也可以是单极型晶体管即场效应管。复合后的晶体管类型取决于输入管4的类型，输入管4是双极型晶体管的，复合后的晶体管也是双极型；输入管4是结型场效应管的，复合后的晶体管也是结型场效应管；输入管4是耗尽型绝缘栅场效应管的，复合后的晶体管也是耗尽型绝缘栅场效应管；输入管4是增强型绝缘栅场效应管的，复合后的晶体管也是增强型绝缘栅场效应管；输入管4是NPN型时，复合管也是NPN型；输入管4是PNP型时，复合管也是PNP型；输入管4是N型时，复合管也是N型；输入管4是P型时，复合管也是P型。图1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23中的复合管8是NPN型，图2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24中的复合管9是PNP型。图1至图24中，输入管4的基极是复合管8、9的基极1；当输入管4是场效应管时，其栅极是复合管8、9的栅极1。图1、2中，输出管5的发射极和输出管6的集电极是复合管8、9的集电极2，输出管5的集电极和输出管6的发射极是复合管8、9的发射极3；当输入管4是场效应管时，输出管5的发射极和输出管6的集电极是复合管8、9的漏极2，输出管5的集电极和输出管6的发射极是复合管8、9的源极3。图3、4中，输出管5的发射极是复合管8、9的集电极2，输出管6的发射极是复合管8、9的发射极3；当输入管4是场效应管时，输出管5的发射极是复合管8、9的漏极2，输出管6的发射极是复合管8、9的源极3。图5、6中，输出管10、12的发射极和输出管11、13的集电极是复合管8、9的集电极2，输出管10、12的集电极和输出管11、13的发射极是复合管8、9的发射极3；当输入管4是场效应管时，输出管10、12的发射极和输出管11、13的集电极是复合管8、9的漏极2，输出管10、12的集电极和输出管11、13的发射极是复合管8、9的源极3。图7、8中，输出管10的发射极是复合管8、9的集电极2，输出管13的发射极是复合管8、9的发射极3；当输入管4是场效应管时，输出管10的发射极是复合管8、9的漏极2，输出管13的发射极是复合管8、9的源极3。图9、10中，输出管10、12的发射极是复合管8、9的集电极2，输出管11、13的发射极是复合管8、9的发射极3；当输入管4是场效应管时，输出管10、12的发射极是复合管8、9的漏极2，输出管11、13的发射极是复合管8、9的源极3。图11、12中，输出管10的发射极和输出管11的集电极是复合管8、9的集电极2，输出管12的集电极和输出管13的发射极是复合管8、9的发射极3；当输入管4是场效应管时，输出管10的发射极和输出管11的集电极是复合管8、9的漏极2，输出管12的集电极和输出管13的发射极是复合管8、9的源极3。图13、14中，输出管15、17、19、21的发射极和输出管16、18、20、22的集电极是复合管8、9的集电极2，输出管15、17、19、21的集电极和输出管16、18、20、22的发射极是复合管8、9的发射极3；当输入管4是场效应管时，输出管15、17、19、21的发射极和输出管16、18、20、22的集电极是复合管8、9的漏极2，输出管15、17、19、21的集电极和输出管16、18、20、22的发射极是复合管8、9的源极3。图15、16中，输出管15的发射极是复合管8、9的集电极2，输出管22的发射极是复合管8、9的发射极3；当输入管4是场效应管时，输出管15的发射极是复合管8、9的漏极2，输出管22的发射极是复合管8、9的源极3。图17、18中，输出管15、19的发射极是复合管8、9的集电极2，输出管18、22的发射极是复合管8、9的发射极3；输入管4是场效应管时，输出管15、19的发射极是复合管8、9的漏极2，输出管18、22的发射极是复合管8、9的源极3。图19、20中，输出管15、17的发射极是复合管8、9的集电极2，输出管20、22的发射极是复合管8、9的发射极3；当输入管4是场效应管时，输出管15、17的发射极是复合管8、9的漏极2，输出管20、22的发射极是复合管8、9的源极3。图21、22中，输出管15的发射极和输出管16的集电极是复合管8、9的集电极2，输出管21的集电极和输出管22的发射极是复合管8、9的发射极3；当输入管4是场效应管时，输出管15的发射极和输出管16的集电极是复合管8、9的漏极2，输出管21的集电极和输出管22的发射极是复合管8、9的源极3。图23、24中，输出管15、17的发射极和输出管16、18的集电极是复合管8、9的集电极2，输出管19、 21的集电极和输出管20、22的发射极是复合管8、9的发射极3；当输入管4是场效应管时，输出管15、17的发射极和输出管16、18的集电极是复合管8、9的漏极2，输出管19、21的集电极和输出管20、22的发射极是复合管8、9的源极3。
如图25，超保真开环晶体管恒流功率放大器58，由功率增大为2n倍的复合晶体管8、9、电容36、恒流源38和电阻50连接构成，其特征是复合管8、9为双极型且特性一致，复合管8、9的基极1接电容36和恒流源38，电容36接放大器58的输入端25，复合管8、9的发射极3分别通过电阻50接放大器58的正供电端26和负供电端29，复合管8、9的集电极2接放大器58的输出端28。
如图26，超保真开环晶体管恒流功率放大器59，由功率增大为2n倍的复合晶体管8、9、电容36和电阻39、50连接构成，其特征是复合管8、9为结型或耗尽型场效应管且特性一致，复合管8、9的栅极1通过电容36接放大器59的输入端25，并且接电阻39，复合管8、9的源极3分别通过电阻50接放大器59的正供电端26和负供电端29，复合管8、9的漏极2接放大器59的输出端28，电阻39的另一端分别接放大器59的正供电端26和负供电端29。
如图27，超保真开环晶体管恒流功率放大器60，由功率增大为2n倍的复合晶体管8、9、电容36、恒流源38和电阻39、50连接构成，其特征是复合管8、9为增强型或耗尽型场效应管且特性一致，复合管8、9的栅极1通过电容36接放大器60的输入端25，并且接恒流源38和电阻39，复合管8、9的源极3分别通过电阻50接放大器60的正供电端26和负供电端29，复合管8、9的漏极2接放大器60的输出端28，电阻39的另一端分别接放大器60的正供电端26和负供电端29。
如图28，不平衡/平衡变换超保真开环晶体管恒流功率放大器61，由功率增大为2n倍的复合晶体管8、9、电容36、晶体管51、52、恒流源38和电阻50连接构成，其特征是复合管8、9为双极型且特性一致，复合管8、9的基极1分别连接晶体管51、52的发射极和集电极，复合管8、9的发射极3分别通过电阻50或直接接放大器61的正供电端26和负供电端29，复合管8、9的集电极2分别接放大器61的正输出端30和负输出端31，晶体管51、52的基极接电容36和恒流源38，电容36接放大器61的输入端25。
如图29，不平衡/平衡变换超保真开环晶体管恒流功率放大器62，由功率增大为2n倍的复合晶体管8、9、电容36、56、晶体管51、52、恒流源38和电阻50、53、55连接构成，其特征是复合管8、9为结型或耗尽型场效应管且特性一致，复合管8、9的栅极1分别接电容56和电阻55，复合管8、9的源极3分别通过电阻50接放大器62的正供电端26和负供电端29，复合管8、9的漏极2分别连接放大器62的正输出端30和负输出端31，晶体管51、52的发射极和集电极分别接电阻53和电容56，晶体管51、52的基极接电容36和恒流源38，电容36接放大器62的输入端25，电阻53、55的另一端分别接放大器62的正供电端26和负供电端29。
如图30，不平衡/平衡变换超保真开环晶体管恒流功率放大器63，由功率增大为2n倍的复合晶体管8、9、电容36、晶体管51、52、恒流源38和电阻50、53连接构成，其特征是复合管8、9为增强型或耗尽型场效应管且特性一致，复合管8、9的栅极1接电阻53，复合管8、9的源极3分别通过电阻50接放大器63的正供电端26和负供电端29，复合管8、9的漏极2分别接放大器63的正输出端30和负输出端31，晶体管51、52的发射极和集电极分别接复合管8、9的栅极1，晶体管51、52的基极接电容36和恒流源38，电容36接放大器63的输入端25，电阻53的另一端分别接放大器63的正供电端26和负供电端29。
如图31，不平衡/平衡变换超保真开环晶体管恒流功率放大器65，由功率增大为2n倍的复合晶体管8、9、电容36、场效应管51、52、恒流源38和电阻39、50连接构成，其特征是复合管8、9为双极型且特性一致，场效应管51、52为增强型或耗尽型且特性一致，复合管8、9的基极1分别连接场效应管51、52的源极和漏极，复合管8、9的发射极3分别通过电阻50或直接接放大器65的正供电端26和负供电端29，复合管8、9的集电极2分别接放大器65的正输出端30和负输出端31，场效应管51、52的栅极接电容36、恒流源38和电阻39，电阻39的另一端分别接放大器65的正供电端26和负供电端29，电容36接放大器65的输入端25。
放大器58、59、60、61、62、63、65的输入端25连接输入插座32的芯端，输入插座32的屏蔽端接地；放大器58、59、60的输出端28连接扬声器33的正端，扬声器33的负端接地；放大器61、62、63、65的正输出端30连接扬声器33的正端，放大器61、62、63、65的负输出端31连接扬声器33的负端；放大器58、59、60、61、62、63、65的正供电端26和负供电端29分别连接+Ucc和-Ucc。
放大器58、59、60、61、62、63、65的输出电流Io＝Ui/R50，因R50不变，故Io随Ui线性变化，而与负载R33毫无关系。
功率增大为2n倍的复合晶体管，最显著的优点是电流放大系数和功率都非常大，十分适合大功率场合应用。它的另外一个优点，就是有利于集成化。用它做成的超保真开环恒流功率放大器，功率极大，电路简洁，性能优越。
权利要求
1.一种功率增大为2n倍的复合晶体管(8、9)，由输入晶体管(4)、2n-2只中间晶体管和2n只输出晶体管连接构成，其特征是n为复合的节数，取自然数，输入管(4)可以是双极型管，也可以是单极型管，中间管和输出管均为双极型异极性互补对管，每节互补对管的β和功率相同，依次将前一级管的集电极和发射极分别连接后一级互补对管的基极，输出管的集电极和发射极可以并联连接，也可以串联连接，还可以混合连接。
2.一种超保真开环晶体管恒流功率放大器(58)，由功率增大为2n倍的复合晶体管(8、9)、电容(36)、恒流源(38)和电阻(50)连接构成，其特征是复合管(8、9)为双极型管且特性一致。
3.一种超保真开环晶体管恒流功率放大器(59)，由功率增大为2n倍的复合晶体管(8、9)、电容(36)和电阻(39、50)连接构成，其特征是复合管(8、9)为结型或耗尽型场效应管且特性一致，复合管(8、9)的栅极(1)分别通过电阻(39)连接放大器(59)的正供电端(26)和负供电端(29)。
4.一种超保真开环晶体管恒流功率放大器(60)，由功率增大为2n倍的复合晶体管(8、9)、电容(36)、恒流源(38)和电阻(39、50)连接构成，其特征是复合管(8、9)为绝缘栅型场效应管且特性一致，复合管(8、9)的栅极(1)分别通过电阻(39)连接放大器(60)的正供电端(26)和负供电端(29)。
5.一种不平衡/平衡变换超保真开环晶体管恒流功率放大器(61)，由功率增大为2n倍的复合晶体管(8、9)、电容(36)、双极型互补对管(51、52)、恒流源(38)和电阻(50)连接构成，其特征是复合管(8、9)为双极型管且特性一致。
6.一种不平衡/平衡变换超保真开环晶体管恒流功率放大器(62)，由功率增大为2n倍的复合晶体管(8、9)、电容(36、56)、双极型互补对管(51、52)、恒流源(38)和电阻(50、53、55)连接构成，其特征是复合管(8、9)为结型或耗尽型场效应管且特性一致，双极型互补对管(51、52)的发射极和集电极分别通过电阻(53)连接放大器(62)的正供电端(26)和负供电端(29)，复合管(8、9)的栅极(1)分别通过电容(56)连接双极型互补对管(51、52)的发射极和集电极，还分别通过电阻(55)连接放大器(62)的正供电端(26)和负供电端(29)。
7.一种不平衡/平衡变换超保真开环晶体管恒流功率放大器(63)，由功率增大为2n倍的复合晶体管(8、9)、电容(36)、双极型互补对管(51、52)、恒流源(38)和电阻(50、53)连接构成，其特征是复合管(8、9)为绝缘栅型场效应管且特性一致，复合管(8、9)的栅极(1)分别连接双极型互补对管(51、52)的发射极和集电极，并分别通过电阻(53)连接放大器(63)的正供电端(26)和负供电端(29)。
8.一种不平衡/平衡变换超保真开环晶体管恒流功率放大器(65)，由功率增大为2n倍的复合晶体管(8、9)、电容(36)、绝缘栅互补场效应对管(51、52)、恒流源(38)和电阻(39、50)连接构成，其特征是复合管(8、9)为双极型管且特性一致，绝缘栅场效应管(51、52)的栅极分别通过电阻(39)连接放大器(65)的正供电端(26)和负供电端(29)。
9.根据权利要求2、4、5、6、7、8所述的放大器(58、60、61、62、63、65)，其特征是复合管(8、9)的基极(1)或栅极(1)间和互补对管(51、52)的基极或栅极间接有恒流源(38)。
10.根据权利要求3、6所述的放大器(59、62)，其特征是结型或耗尽型复合管(8、9)的输入管(4)的源极串有自偏压电阻。
全文摘要
一种功率增大为文档编号H03F3/21GK1259796SQ9910150
公开日2000年7月12日 申请日期1999年1月1日 优先权日1999年1月1日
发明者王天资, 王俣人 申请人:王天资