[发明专利]反接制动音频高保真功率放大电路

说明书

本发明涉及的是制作反接制动音频高保真(Hi-F_i)放大器，其特征是，该放大器对扬声器系统的控制通过反接制动方式实现。

现有技术中声频功率放大器通过阻尼方式实现对扬声器系统的控制。由于扬声器纸盆存在惯性，当输入扬声器的驱动信号为另时，扬声器的纸盆并不能立刻停止振动，因惯性其音圈将继续在磁场中振动，并产生感生电压。现有技术中之各种功率放大器电路(不管半导体或是电子管)，均靠末级功放器件的内阻及滤波电容对扬声器音圈中的感生声频电压短路而实现对扬声器惯性振动的阻尼制动。这一方式称为阻尼制动，类似于冲击式电流计在将其线圈短路时实现的阻尼制动。

放大器对扬声器系统惯性振动控制的优劣是衡量音响系统最为重要的指标，对一个理想的音响系统而言，放大器应当实现对扬声器完完全全的控制。亦即是，扬声器在完成上个“音符”的振动后，立即停止(即没有惯性)并立刻开始下一个“音符”的振动。事实上扬声器系统不可能没有质量、也不可能没有惯性。因此，能否使扬声器立即停止惯性振动，其关键是放大器的制动功能。如前所述，现有技术中的顶级高保真放大器之诸电路，依靠短路时音圈在磁场中运动的阻力而制动，亦即是惯性振动，因受到阻尼而最终停止，所以，这一制动的时间较长，现有技术中衡量这一阻尼过程的指标称为阻尼系数，近似等于扬声器系统的电阻与末级功放元件之内阻与连接线电阻之和之比值：Fd＝RL/(Ri+Rc)，按照此公式，为了增强放大器对扬声器的控制，现有技术中采取了以下办法：

A)减少末级功放元件的内阻Ri，其办法是将多只末级功放元件并联，譬如，在金噪子A100中末级功放每一桥臂由10只MOSFET管构成；

B)制造低电阻的传输线材，如此产生了各种昂贵的所谓神经线，如荷兰高度风8N(99.999999％)喇叭神经线，甚至用贵重金属金、银制作传输线材等。

本发明的目的是采取另一种完全不同于现有技术的方式，即反接制动方式实现功率放大器对扬声器系统惯性振动之更为完美的控制。这一方法类似于交流三相异步电机通过继电器使二相反接，利用外电源使电机反转的力量(配合速度继电器)强制电机制动。因为反接制动利用强大的外电源能量，实现了强制制动，因此制动时间很短，其效果优于阻尼制动。

在声频功率放大器中如何实现对扬声器惯性振动之反接制动呢？本发明中实现这一制动方式的奥妙是，在末级功放电器中巧妙地连接半导体二级管，一方面，该二级管对扬声器惯性振动产生的复杂电讯号整流，经整流后的直流讯号的极性恰好与外电源极性相反，因此，强大的外电源将极性相反的扬声器惯性电压中和，而强制扬声器的惯性振动停振，换句话说，流经音圈的中和电流产生的振动与惯性振动的方向恰好相反，因而强制音圈停振，另一方面，鉴于二极管的电压、电流特性，选择适当的二级管时，在末级功效管正常工作的范围内，二级管的电压降恒定在0.3-0.8伏之间，因此毫不影响末级功效的正常工作，当功放元件电流达到饱和时，二级管的电压降增加，因而实现了柔性剪峰。此外，对破坏性电流，此二极管还兼有保护功放管的功能，以下是常见的三种类型末级功放改成反接制动功放之电路：

(一)反接制动OCL功放电路[附图(1)、附图(2)]

附图(1)中电路是大家熟知，使用音响对管(NPN，PNP)及推动管的末级OCL功放典行电路。唯一不同的是，本发明将4只二级管D1、D2、D3、D4分别与三级管T1、T2、T3、T4串联。等效电路为附图(2)中电路。

扬声器音圈在磁场中惯性振动时，在M点与接地点G之间感生了一个复杂的电讯号(有各种不同的频率分量及相位，不能视为简单正弦波)。这一感生电压被整流后，在P点产生一个相对地为负的直流电压，在N点产生一个相对地为正的直流电压，因为直流电压不能通过滤波电容，所以不能形成回路，但由于此电压正好与外电源的极性相反，故被外电源中和，强制音圈停止惯性振动。

如果没有二级管，则音圈中的感生电压将通过三级管的内阻及滤波电容短路，这便是传统技术中的阻尼制动，而不是反接制动。

(二)反接制动桥式功放(BTL)电路[附图(3)、附图(4)]