專利名稱：一種乙類推挽放大電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低電壓工作的具有小去耦電容的乙類推挽放大電路。
背景技術(shù)：
當前集成電路中的乙類推挽放大電路需要三個相對較大的外部電容來補償和消除信號耦合的作用。當放大電路開啟時，上述電容中的兩個電容要充電，產(chǎn)生幾秒的開啟延時，在上述過程中電池產(chǎn)生的電流是靜態(tài)時的100倍，并且此時無放大作用。大電流還會導致電路無法正常啟動。此外，當前電路需要較大的偏置電流，當供電電池很小時，將會減少電池的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種低電壓工作的具有小去耦電容的乙類推挽放大電路，可用于大規(guī)模集成電路中。本發(fā)明電路使用較小的外部去耦電容，減少了電路開啟時間。本發(fā)明的顯著特點是靜態(tài)電流被減小，不再需要原來的外部補償電容。一種低電壓工作的具有小去耦電容的乙類推挽放大電路，可放大正相和反相交流輸入信號。上述電路包括(a)電路中兩個對稱部分完全相同，每個部分包括(i)每個三極管均有發(fā)射極，基極，和集電極。第一個三極管和第二個三極管類型不同，上述兩個三極管的集電極連接在同一節(jié)點上。(ii)第三個三極管與上述節(jié)點相連，用來放大從上述節(jié)點輸入的信號。(iii)第四個三極管與上述第三個三極管相連，用來放大第三個三極管的輸出信號，第四個三極管含有輸出信號端。(iv)直流反饋回路用來控制第四個三極管的偏置電流，直流反饋回路包括與上述第四個三極管相連的第五個三極管，第五個三極管與上述第二個三極管的基極相連。(V)交流反饋回路用來控制從第一個三極管到第四個三極管的交流增益，交流反饋回路包括連接在第四個三極管的輸出端和第二個三極管基極間的電壓轉(zhuǎn)換電路。(vi) 一個去耦電容與上述第五個三極管相連。(b)上述第一個三極管發(fā)射極和上述去耦電容均與電源負極相連。(C)上述第二個三極管發(fā)射極與電源正極相連(d)第一個放大部分的電路用來放大輸入的正相信號，與其對稱的另一部分電路用來放大輸入的反相信號，(e)上述第四個三極管的輸出端連接負載。對比文獻實用新型專利無電容音頻功率放大器，申請?zhí)?5242552. I


圖I為現(xiàn)有乙類推挽放大電路示意圖。
圖2為本發(fā)明電路的框圖。圖3為本發(fā)明中用于產(chǎn)生確定信號的電路示意圖。圖4 為本發(fā)明的一種低電壓工作的具有小去耦電容的乙類推挽放大電路的電路示意圖。
具體實施例方式參照圖1，圖一為一種現(xiàn)有的乙類推挽放大電路。如圖所示，該電路高度對稱，電路左邊的三極管用字母A標注，右邊的三極管用字母B標注。兩邊的電路大致相同，因此在描述電路右邊時只描述與左邊不同的地方。小寫字母描述交流信號，大寫字母描述直流信號。參照圖I，交流信號Vs由具有內(nèi)阻的信號源10產(chǎn)生，Vs從三極管QllA的基極輸入，通過三極管Q11A，Q12A和Q13A放大后輸入到輸出級三極管Q14A的基極。Q14A的直流偏置電流需控制在一定的范圍，即能夠防止交越失真，又能夠限制電池電流。RllA和R12A組成的直流反饋回路通過設(shè)定Q14A的基極直流電流提供上述控制作用。三極管Q14A的集電極電流在每半個周期中在零安培到幾個微安間變化，實現(xiàn)乙類放大作用。兩個輸出級三極管Q14A，Q14B驅(qū)動一個微型的擴音器負載。電路電源由微型電池14提供。交流反饋回路用來控制該電路的交流增益，交流反饋回路通過電阻R15A，R14A連接到三極管Q12A的基極，括號中是上述器件的典型值。為了使輸出三極管Q14A的集電極電流與輸入交流信號成線性關(guān)系，則三極管Q14A的基極電壓應(yīng)與輸入信號Vs成對數(shù)關(guān)系。如果三極管Q14A的基極交流信號能夠通過電阻R11A，R12A構(gòu)成的直流反饋回路反饋到三級管QllA的基極，則會產(chǎn)生交越失真。為防止交越失真的產(chǎn)生，電容CDA使交流信號從Rl 1A，R12A的節(jié)點處流入地端。上述信號通過電阻R12A耦合到信號源10的輸入電阻處。電路的右半部分，電容⑶B和電阻R11B，R12B的公共節(jié)點處產(chǎn)生交流耦合，上述耦合是不對稱的，因為輸入信號不從右半部分電路輸入。三極管QllB的基極交流電壓V4由三極管Q14A的基極通過電阻R11B，R12B反饋得到。交流電壓V4在理想狀況下應(yīng)為零伏，實際情況下為有限值。當信號源10的阻抗較低，電路增益為100時，輸出電壓轉(zhuǎn)換器12上的交流輸出信號滿足一下公式vout = voutA-voutB = 100Vs_100V4 = 100 (Vs~V4)當三極管Q14B的基極信號與三極管Q14A的基極信號相同時，三極管Q14A的基極信號會產(chǎn)生嚴重的諧波失真。去稱電容用來減少上述失真使V4比Vs小的多，如當vout為I伏特時，Vs為10毫伏。為了使失真小于1%，V4要小于100微伏。對于400Hz的信號來說，需要的電容CDA，CDB較大，典型值為4. 7uF.微型電路中不宜采用上述較大的電容。當上述電路通電時，去耦電容CDA，⑶B的初始電壓為零，三極管Ql 1A，QllB截止，三極管Q14A，Q14B導通，導通電流受電阻R17A，R17B和三極管Q14A，Q14B的放大系數(shù)β的限制。三極管Q14A，Q14B的電流可達到50毫安，會導致電源達到極限電流，電路無法工作。此外，去耦電容CDA，CDB通過電阻Rl 1A，R12A和R11B, R12B充電后電壓可達到O. 7伏特。參照圖1，三級管0144，0148的基極電壓被限制在0.75伏特。因此，充電電流也受到限制，需要兩到三秒的時間才能使三極管QllA達到O. 7伏特來關(guān)閉三極管Q14A，上述延時當中，該電路無放大作用，是用戶不希望發(fā)生的。圖I電路接入低阻抗負載時需要較大的偏置電流驅(qū)動三級管Q13A和Q13B。峰值輸出電流為25暈安,三極管Q13A的偏置電流將為300微安來滿足上述條件，即使三極管Q14A的偏置電流為150微安。因此，乙類輸出級三極管Q14A的高效率將受到低效率的甲類驅(qū)動級三極管Q13的影響。圖I的轉(zhuǎn)換器12是一個微型音頻轉(zhuǎn)換器(通常為助聽器)，上述轉(zhuǎn)換器中的金屬線可在較寬的頻率范圍內(nèi)屏蔽電感和電容效應(yīng)。伴隨著電路中寄生電容的上述效應(yīng)在交流信號回路中產(chǎn)生的增益激增和相位變換會導致電路的不穩(wěn)定。上述交流回路包括轉(zhuǎn)換器，三極管Q12A，Q13A，Q14A和電阻R15A，R13A，R14A。為了防止上述情況的發(fā)生，外部補償電容CX跨接在輸出轉(zhuǎn)換器上，外部補償電容CX增加了電路的體積和成本。 參照圖2，圖2為本發(fā)明的電路框圖，交流信號Vs通過電阻RlOO和電容ClOO輸入放大器20,放大器20的輸出信號為VBl-vA,VBl是直流偏置電壓。上述輸出信號再輸入到放大器22中，放大器22輸出電壓為VBl+vA。上述兩個輸出信號分別輸入到乙類放大器26的兩個端口 24A，24B中。乙類放大器26的兩個輸出端口 28A，28B與輸出轉(zhuǎn)換器12相連，這里是個音頻放大器。參照圖3，圖三為放大器20和22的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如圖所示，放大器20包括一個用來獲取足夠增益和提供相位變換的共射極三極管Q100A。場效應(yīng)管QlOlA作為源極跟隨器組成緩沖放大級，三極管Q100A，QlOlA構(gòu)成具有50分貝增益的反相運算放大器。反饋電阻RlOlA可降低上述增益。三極管Q102A作為鏡像電流源為三極管Q100A提供基極電流。三極管Q103A作為鏡像電流源為三極管Q100A提供集電極電流。三極管Q100A的基極偏置電壓VBl用來使三極管Q103A流出的電流為設(shè)定值。鏡像電流源104A為緩沖級三極管QlOlA提供電流。第二個放大器22和第一個放大器20完全相同，上述三極管用字母B標注。輸入信號的交流部分經(jīng)過放大器22反相后的輸出電壓為VBl+vA.參照圖3，輸入信號vA被放大后分為兩部分，每個部分具有相同的偏置電壓VBl,和交流電壓vA, -vA。上述電壓中心抽頭變壓器產(chǎn)生，中心抽頭提供偏置電壓VBl。參照圖4，圖4為放大器26的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的放大器26是一個乙類推挽放大器。圖4電路的左右兩部分大致相同，不同部分將在下面做描述。左半部分用字母A標注，右半部分用字母B描述。由于兩邊部分大致相同，故以下僅描述左半部分功能，以及右半部分與左半部分不同的功能。在放大器26的左半部分中，輸入信號vA+VBl流入三極管QlA的基極，三極管QlA是三級放大電路的第一級，其他兩級是驅(qū)動三極管Q3A和輸出三極管Q4A。直流反饋回路控制三極管Q4A的偏置電流，上述回路從三極管Q2到三極管Q6A的基極。三極管Q2A是一個接有二極管負載的共發(fā)射極的電路，三極管Q5A與三極管Q2A相連接，因此三極管Q2A的增益為-I。(假設(shè)三極管Q2A，Q5A除了導電特性不同外，各特性大致相同)三極管Q6A的集電極和三極管QlA連接在節(jié)點S上，如上所述，直流回路使得三極管Q14A的偏置電流即可消除交越失真，又可限制電源電流。實際工作中，當三極管Q4A的基極電壓較高時，三極管Q2A導通，三極管Q6A開啟，導致三極管Q3A的基極電壓上升，三極管Q3A截止，使得三極管Q4A的基極電壓下降。在上述條件下，三極管Q4A的典型偏置電流為120微安。為了防止補償電流通過電阻R5流入三級管Q2A，常采用通過電流源(圖中未顯示出)為三極管Q2A提供基極補償電流。交流反饋回路從三極管Q4A引出，上述交流回路通過一個分壓器，該分壓器包括電阻R4A，R3A。交流電壓在三極管Q5A處相位發(fā)生改變，上述交流電壓輸入到三極管Q6A的基極。該電路對于交流信號產(chǎn)生運算放大器的作用。三極管QlA和Q6A具有相同的跨導，相反的相位信號作用于上述三極管的基極后，會與從它們集電極流出的信號在節(jié)點S處抵消，沒有電流流如三極管Q3A。三極管Q1A，Q6A的基極的電流差會導致錯誤的電流流入三極管Q3A，上述電流會三極管Q3A和Q4A放大。右半部分電路和左半部分電路大致相同，只不過是反相位驅(qū)動的。在現(xiàn)有技術(shù)電路中輸入級三極管Q4A的基極信號嚴重失真，并不能通過直流回路 流到三極管Q6A的基極，由電阻R5A和去耦電容CDA組成的濾波器來完成。電容CDA連接在三極管Q2A的基極和三極管Q7A的基極和集電極的公共節(jié)點處。三極管Q7A的發(fā)射極接地。場效應(yīng)管Q8組成的電流源的電流流過三極管Q7，流過接成二極管的三極管Q7A的電流在三極管Q7A上產(chǎn)生的電壓與三極管Q2A的基極電壓相同。因此，在實際工作時，去耦電容CDA，⑶B上沒有直流電壓，當電路開啟時，沒有像現(xiàn)有技術(shù)中存在較長的導通延時。由于阻抗較低，故可看作是信號地。在以下描述中，將會涉及這些術(shù)語(和上面相同的是，大寫字母描述直流電流，電壓。小寫字母描述交流電流，電壓)IC1A，IC2A，IC4A，IC5A，IC6A是三極管QlA, Q2A，Q4A，Q5A，Q6A的集電極電流。VBE5A和VBE6A是三極管Q5A，Q6A的基極-發(fā)射極的直流電壓。voutA是三極管Q4A集電極到地的交流輸出電壓。Vb2A和vb6A是三極管Q2A，Q6A的交流電壓。同樣的術(shù)語將在右半部分電路以字母B的形式標注。圖4電路中，三極管QlA的集電極直流電流由基極偏置電壓VBl決定，忽略基極電流后，三極管Q6A的集電極電流和三極管QlA的集電極電流相同。忽略基極電流后，三極管Q6A的基射電壓遵循以下公式VBE6A+IC2A*R2A = VBE5A+IC2A*R3A因此VBE6A = VBE5A+IC2A (R3A-R2A).由于R3A = R2A,三極管Q6A和Q5A是互相匹配的三極管。則VBE6A = VBE5A, IC6A=IC5A。忽略基極電流后IC6A = IC1A，IC5A = IC2A.由于三極管Q2A的集電極電流流入三極管Q5A，三極管Q5A具有電平轉(zhuǎn)換的作用.則IC2A = IC1A，忽略基極電流后IC4A = NXIC2A 這里的N是三極管Q4A的發(fā)射極面積與三級管Q2A的發(fā)射極面積之比。因此IC4A = NX IC1A，輸出級三極管Q4A的靜態(tài)或偏置電流受偏置電壓VBl的控制。在上述條件下，三極管Q4A的典型偏置電流為120微安。圖4電路中的電阻值時在理想電路中情況。事實上，考慮基極電流后，電阻R2A的阻值為I. I千歐，
電阻R3A的阻值為I. 2千歐.由于三極管Q2A到Q6A組成一個整體，三極管Q6A
的基極交流信號遵循下列公式
權(quán)利要求
1.一種乙類推挽放大電路，其特征是可放大交流輸入信號的同相和反相部分，該電路包括電路中兩個對稱部分完全相同，每個部分包括每個三極管均有發(fā)射極，基極，和急集電極；第一個三極管和第二個三極管類型不同，上述兩個三極管的集電極連接在同一節(jié)點上；第三個三極管與上述節(jié)點相連，用來放大從上述節(jié)點輸入的信號；第四個三極管與上述第三個三極管相連，用來放大第三個三極管的輸出信號，第四個三極管含有輸出信號端；上述第一個三極管發(fā)射極和上述去耦電容均與電源負極相連；上述第二個三極管發(fā)射極與電源正極相連，第一個放大部分的電路用來放大輸入的正相信號，與其對稱的另一部分電路用來放大輸入的反相信號，上述第四個三極管的輸出端連接負載；電路產(chǎn)生放大信號是指產(chǎn)生與外部交流輸入信號成比例的交流輸入信號；交流輸入信號和直流偏置信號從第一個三極管的基極輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種乙類推挽放大電路，其特征是直流反饋回路用來控制第四個三極管的偏置電流，直流反饋回路包括與上述第四個三極管相連的第五個三極管，第五個三極管與上述第二個三極管的基極相連；交流反饋回路用來控制從第一個三極管到第四個三極管的交流增益，交流反饋回路包括連接在第四個三極管的輸出端和第二個三極管基極間的電壓轉(zhuǎn)換電路；一個去耦電容與上述第五個三極管相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種乙類推挽放大電路，其特征是上述電路包括一個具有兩個端口的二極管，上述去稱電容連接在一起后與上述二極管的有一個端口相連，二極管的另一個端口與電源負極相連；即上述去耦電容與二級管相連后與電源負極相連。產(chǎn)生的電流在二極管上產(chǎn)生壓降，降小去耦電容的充電效應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種乙類推挽放大電路，其特征是在每個對稱電路中產(chǎn)生的電流是指流過第三個三極管的偏置電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種乙類推挽放大電路，其特征是在每個對稱電路中的電平轉(zhuǎn)換電路包括特性相同的第六個三極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種乙類推挽放大電路，其特征是上述電路具有補償用來控制交流輸入信號的的增益和相位變換的電路作用，使上述電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)。上述補償電路包括，由第三個三極管和第四個三極管耦合而成的第一個補償網(wǎng)絡(luò)，由第四個三極管和第六個三極管耦合而成的第二個補償網(wǎng)絡(luò)，由第二個三極管和第六個三極管耦合而成的第三個補償網(wǎng)絡(luò)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種乙類推挽放大電路，其特征是第一個三極管，第四個三極管和第六個三極管是同種類型，第二個三極管和第三個三極管是另外一種類型；一種三極管類型是NPN型，另一種三極管類型是PNP型。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種乙類推挽放大電路，其特征在于每個對稱電路中的電流源與第三個三極管的集電極相連，為第三個三極管提供和設(shè)定集電極電流。
全文摘要
一種乙類推挽放大電路，該電路由兩個互相對稱的電路結(jié)構(gòu)組成。每個對稱電路的第一個三極管和第二個三極管類型相反，上述兩個三極管的集電極相連后與乙類驅(qū)動三極管的基極相連，乙類驅(qū)動三極管的集電極驅(qū)動輸出級三極管的基極。交流輸入信號被分成同相和反相兩個部分，每個部分分別與相應(yīng)對稱電路的第一個三極管的基極相連。第四個三極管的集電極通過一個分壓器和電平轉(zhuǎn)換電路與第二個三級管的基極相連后構(gòu)成交流反饋回路。第四個三極管的基極通過第五個三極管與第二個三極管的基極相連構(gòu)成直流反饋回路。去耦電容從第五個三極管通過一個二極管接地。上述電路使用較低的去耦電容，流過二極管的電流消除了電路的開關(guān)延時。
文檔編號H03F3/26GK102916663SQ20121032387
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者包興坤 申請人:蘇州硅智源微電子有限公司